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激光粒度分析儀對磷酸鐵鋰的粒度檢測

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一、磷酸鐵鋰電池簡(jiǎn)介

能源的消耗和環(huán)境問(wèn)題, 使電動(dòng)車(chē)市場(chǎng)成為熱點(diǎn)。電動(dòng)車(chē)成敗的關(guān)鍵之一是電池，在現有的多種動(dòng)力電池中，具有電壓高、比能量大、循環(huán)壽命長(cháng)、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)的鋰離子電池將成為主導。鋰離子電池的正極材料主要有鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳酸鋰、三元材料、磷酸鐵鋰等。

磷酸鐵鋰電池LiFePO4，是指用磷酸鐵鋰作為正極材料的鋰離子電池。磷酸鐵鋰電池屬于鋰離子二次電池，主要用作動(dòng)力電池，而且它的放電效率較高，倍率放電情況下充放電效率可達到90%以上，而鉛酸電池大約為80%。磷酸鐵鋰作為鋰動(dòng)力電池材料是近幾年才出現的事，國內開(kāi)發(fā)出大容量磷酸鐵鋰電池是2005年。

 

 

二、磷酸鐵鋰電池性能特點(diǎn)

磷酸鐵鋰具有無(wú)毒、無(wú)污染、安全性能好、原材料來(lái)源廣泛、價(jià)格便宜，壽命長(cháng)等優(yōu)點(diǎn)，是新一代鋰離子電池的理想正極材料。

1、安全性高：在電池中，磷酸鐵鋰電池的安全性也高于其他電池，是目前最安全的鋰離子電池正極材料； 不含任何對人體有害的重金屬元素；

2、壽命長(cháng)：理論壽命可以達到七八年，實(shí)際使用壽命也有三五年，性能價(jià)格比理論上為鉛酸電池的4倍以上。其安全性能與循環(huán)壽命是其它材料所無(wú)法相比的，這些也正是動(dòng)力電池最重要的技術(shù)指標。1C充放循環(huán)壽命達2000次。單節電池過(guò)充電壓30V不燃燒，穿刺不爆炸。磷酸鐵鋰正極材料做出大容量鋰離子電池更易串聯(lián)使用，以滿(mǎn)足電動(dòng)車(chē)頻繁充放電的需要。

3、高能量密度：其理論比容量為170mAh/g，產(chǎn)品實(shí)際比容量可超過(guò)140 mAh/g（0.2C, 25°C）;

4、無(wú)記憶效應：可充電池在經(jīng)常處于充滿(mǎn)不放完的條件下工作，容量會(huì )迅速低于額定容量值，這種現象叫做記憶效應。像鎳氫、鎳鎘電池存在記憶性，而磷酸鐵鋰電池無(wú)此現象，電池無(wú)論處于什么狀態(tài)，可隨充隨用，無(wú)須先放完再充電

充電性能：磷酸鐵鋰正極材料的鋰電池，可以使用大倍率充電，最快可在1小時(shí)內將電池充滿(mǎn)。

5、體積小、重量輕：同等規格容量的磷酸鐵鋰電池的體積是鉛酸電池體積的2/3重量是鉛酸電池的1/3。

磷酸鐵鋰電池也有其缺點(diǎn)，例如磷酸鐵鋰正極材料的振實(shí)密度較小，等容量的磷酸鐵鋰電池的體積要大于鈷酸鋰等鋰離子電池，因此在微型電池方面不具有優(yōu)勢。

由于磷酸鐵鋰材料的固有特點(diǎn)，決定其低溫性能劣于錳酸鋰等其他正極材料。一般情況下，對于單只電芯(注意是單只而非電池組，對于電池組而言，實(shí)測的低溫性能可能會(huì )略高，這與散熱條件有關(guān))而言，其0℃時(shí)的容量保持率約60～70%，-10℃時(shí)為40～55%，-20℃時(shí)為20～40%。這樣的低溫性能顯然不能滿(mǎn)足動(dòng)力電源的使用要求。當前一些廠(chǎng)家通過(guò)改進(jìn)電解液體系、改進(jìn)正極配方、改進(jìn)材料性能和改善電芯結構設計等使磷酸鐵鋰的低溫性能有所提升。

電池存在一致性問(wèn)題。單體磷酸鐵鋰電池壽命目前超過(guò)2000次，但電池組的壽命會(huì )大打折扣，有可能是500次。因為電池組是由大量單體電池串并而成，其工作狀態(tài)好比一群人用繩子綁在一起跑步，即使每個(gè)人都是短跑健將，如果大家的動(dòng)作一致性不高，隊伍就跑不快，整體速度甚至比跑得最慢的單個(gè)選手的速度還要慢。電池組同理，只有在電池性能高度一致時(shí)，壽命發(fā)揮才能接近單體電池的水平。

此外，磷酸鐵鋰電池的價(jià)格高于其他類(lèi)型的電池。而且，電池容量較小，續航里程短，而且報廢后基本上不能回收再利用，沒(méi)有可回收價(jià)值。

三、磷酸鐵鋰電池粒徑檢測的重要性

粒徑對電池低溫性能影響較大，粒徑減小，鋰離子在磷酸鐵鋰粒子內部擴散路徑減??；材料活性比表面積增大，電化學(xué)反應活性增加。粒徑小的磷酸鐵鋰電池在-30℃低倍率放電時(shí)中值電壓高于大粒徑的磷酸鐵鋰電池。但是當電池在低溫高倍率放電時(shí)，顆粒之間的接觸電阻會(huì )成為影響電池低溫放點(diǎn)性能的主要因素，小粒徑的磷酸鐵鋰材料顆粒間接觸點(diǎn)增多，電阻也會(huì )增加，因此小粒徑的磷酸鐵鋰電池的低溫大倍率放點(diǎn)電壓反而低于大粒徑的磷酸鐵鋰電池。

從大量的制漿經(jīng)驗以及行業(yè)同行的交流反饋來(lái)看，粒度分布幾乎決定了磷酸鐵鋰材料的加工性能，其關(guān)鍵指標是D50。磷酸鐵鋰根據廠(chǎng)家不同的工藝，基本分兩種：  A:1um ≤D50 ≤ 2.5um，(大多數廠(chǎng)商) B: 3.5um ≤D50 ≤ 8um，（少數廠(chǎng)商） 以上兩種材料，B的加工性能要好于A(yíng)。  顆粒越小，同等質(zhì)量的材料的顆粒數量越多，同樣的工藝條件下分散越困難。粒度分布寬窄極板的柔韌性，壓實(shí)密度；粒度大小影響電池內阻。

江蘇富朗特新能源有限公司是一家專(zhuān)注于鋰離子電池及其系統研發(fā)、設計、生產(chǎn)企業(yè)。公司產(chǎn)品卷繞電池、鋰離子電池為主，廣泛應用于電動(dòng)自行車(chē)、電動(dòng)工具、電動(dòng)汽車(chē)、礦燈、航標燈、數碼產(chǎn)品、醫療設備及軍用設備等。

為了控制鋰電池粒度分布，與濟南微納合作，采用Winner2005濕法激光粒度分析儀檢測，測試報告如下：