激光粒度仪对磷酸铁锂的粒度检测

一、磷酸铁锂电池简介

 

    能源的消耗和环境问题, 使电动车市场成为热点。电动车成败的关键之一是电池，在现有的多种动力电池中，具有电压高、比能量大、循环寿命长、环保等优点的锂离子电池将成为主导。锂离子电池的正极材料主要有钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、三元材料、磷酸铁锂等。

 

    磷酸铁锂电池LiFePO4，是指用磷酸铁锂作为正极材料的锂离子电池。磷酸铁锂电池属于锂离子二次电池，主要用作动力电池，而且它的放电效率较高，倍率放电情况下充放电效率可达到90%以上，而铅酸电池大约为80%。磷酸铁锂作为锂动力电池材料是近几年才出现的事，国内开发出大容量磷酸铁锂电池是2005年。

 

二、磷酸铁锂电池性能特点

 

   磷酸铁锂具有无毒、无污染、安全性能好、原材料来源广泛、价格便宜，寿命长等优点，是新一代锂离子电池的理想正极材料。

 

1、安全性高：在电池中，磷酸铁锂电池的安全性也高于其他电池，是目前zui安全的锂离子电池正极材料； 不含任何对人体有害的重金属元素；

 

2、寿命长：理论寿命可以达到七八年，实际使用寿命也有三五年，性能价格比理论上为铅酸电池的4倍以上。其安全性能与循环寿命是其它材料所无法相比的，这些也正是动力电池zui重要的技术指标。1C充放循环寿命达2000次。单节电池过充电压30V不燃烧，穿刺不爆炸。磷酸铁锂正极材料做出大容量锂离子电池更易串联使用，以满足电动车频繁充放电的需要。

 

3、高能量密度：其理论比容量为170mAh/g，产品实际比容量可超过140 mAh/g（0.2C, 25°C）;

 

4、无记忆效应：可充电池在经常处于充满不放完的条件下工作，容量会迅速低于额定容量值，这种现象叫做记忆效应。像镍氢、镍镉电池存在记忆性，而磷酸铁锂电池无此现象，电池无论处于什么状态，可随充随用，无须先放完再充电

 

充电性能：磷酸铁锂正极材料的锂电池，可以使用大倍率充电，zui快可在1小时内将电池充满。

 

5、体积小、重量轻：同等规格容量的磷酸铁锂电池的体积是铅酸电池体积的2/3重量是铅酸电池的1/3。

 

   磷酸铁锂电池也有其缺点，例如磷酸铁锂正极材料的振实密度较小，等容量的磷酸铁锂电池的体积要大于钴酸锂等锂离子电池，因此在微型电池方面不具有优势。

 

    由于磷酸铁锂材料的固有特点，决定其低温性能劣于锰酸锂等其他正极材料。一般情况下，对于单只电芯(注意是单只而非电池组，对于电池组而言，实测的低温性能可能会略高，这与散热条件有关)而言，其0℃时的容量保持率约60～70%，-10℃时为40～55%，-20℃时为20～40%。这样的低温性能显然不能满足动力电源的使用要求。当前一些厂家通过改进电解液体系、改进正极配方、改进材料性能和改善电芯结构设计等使磷酸铁锂的低温性能有所提升。

 

    电池存在一致性问题。单体磷酸铁锂电池寿命目前超过2000次，但电池组的寿命会大打折扣，有可能是500次。因为电池组是由大量单体电池串并而成，其工作状态好比一群人用绳子绑在一起跑步，即使每个人都是短跑健将，如果大家的动作一致性不高，队伍就跑不快，整体速度甚至比跑得zui慢的单个选手的速度还要慢。电池组同理，只有在电池性能高度一致时，寿命发挥才能接近单体电池的水平。

 

   此外，磷酸铁锂电池的价格高于其他类型的电池。而且，电池容量较小，续航里程短，而且报废后基本上不能回收再利用，没有可回收价值。

 

三、磷酸铁锂电池粒径检测的重要性

 

   粒径对电池低温性能影响较大，粒径减小，锂离子在磷酸铁锂粒子内部扩散路径减小；材料活性比表面积增大，电化学反应活性增加。粒径小的磷酸铁锂电池在-30℃低倍率放电时中值电压高于大粒径的磷酸铁锂电池。但是当电池在低温高倍率放电时，颗粒之间的接触电阻会成为影响电池低温放点性能的主要因素，小粒径的磷酸铁锂材料颗粒间接触点增多，电阻也会增加，因此小粒径的磷酸铁锂电池的低温大倍率放点电压反而低于大粒径的磷酸铁锂电池。

 

   从大量的制浆经验以及行业同行的交流反馈来看，粒度分布几乎决定了磷酸铁锂材料的加工性能，其关键指标是D50。磷酸铁锂根据厂家不同的工艺，基本分两种：  A:1um ≤D50 ≤ 2.5um，(大多数厂商) B: 3.5um ≤D50 ≤ 8um，（少数厂商） 以上两种材料，B的加工性能要好于A。  颗粒越小，同等质量的材料的颗粒数量越多，同样的工艺条件下分散越困难。粒度分布宽窄极板的柔韧性，压实密度；粒度大小影响电池内阻。