1月19日晚間，一輛新能源汽車在上海某小區(qū)公開車庫自燃并爆炸。從網(wǎng)絡(luò)上傳播的事故現(xiàn)場照片和視頻可以看出，車輛已改頭換面，只剩車架，車前蓋大開。
自打新能源車問世以來，“充電”與“安全”這兩大話題便不時形影不離、不離不棄的陪伴著它，但充電鋰離子電池電子設(shè)備頻繁發(fā)作事故，一度讓人“談電池色變”，因此，為了消費出安全、耐久的電池，對電池材料及添加劑顆粒的表征關(guān)于質(zhì)量控制和制造工藝的優(yōu)化都非常重要。
最常見的可充電電池是鋰離子電池。鋰離子電池的主要組成部分是陰極(正極)、陽極(負極)和電解質(zhì)。大多數(shù)鋰離子電池有一個正極(陰極)，由鍍在鋁箔上的金屬鋰氧化物制成;一個負極(陽極)，由鍍在銅箔上的碳(例如石墨)組成(圖1)。目前有多同類型的鋰離子電池。電池材料的選擇決議了電池的性能和共同性。
鋰離子電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)
粒度的作用和粒度分布
電池材料的粒度和粒度分布會影響鋰離子的擴散，從而改動所消費電池的功率密度(釋放電流、負載才干)和能量密度(儲能、電池容量)。表1給出了與粒度有關(guān)的主要差異
表1：與粒徑有關(guān)的主要差異
大顆粒和小顆?；旌系膶扨SD具有較高的填充密度(圖2)，并可消費高負載的電池材料(厚電極)，這有助于進步能量密度(存儲能量)。
圖2：小顆粒和大顆粒的雙峰顆?；旌衔锏亩逊e密度
Zeta電位研討與添加劑的相互作用
鋰氧化物正極材料的主要缺陷是導(dǎo)電性和離子導(dǎo)電性差。碳基產(chǎn)品，如炭黑和石墨，有助于進步導(dǎo)電性，但不觸及鋰離子電池的電化學(xué)氧化恢復(fù)過程。碳基產(chǎn)品經(jīng)過填充活性物質(zhì)顆粒之間的自由空間，進步正極材料的可循環(huán)性。經(jīng)過這種作用，進步電極的導(dǎo)電性。
所述碳添加劑應(yīng)與正極材料構(gòu)成均勻的混合物，以獲得穩(wěn)定的電極漿液和在箔片上均勻的涂層。因此，經(jīng)過丈量zeta電位，應(yīng)最大限度地進步不同類型顆粒材料之間的靜電相互作用。為了促進相互作用，粒子最好具有相反的表面電荷。
實驗法方案
激光衍射法中止粒度分析采用基于激光衍射法的安東帕粒度分析儀(PSA)中止丈量，測試的電極材料見表2。
PSA
表2：分析所選用的正極和負極材料
電泳光散射法丈量Zeta電位pH值對zeta電位有重要影響，由于它改動了表面和納米顆粒懸浮液的電荷。研討了不同pH值下zeta電位的變化，以肯定電極材料與碳導(dǎo)電添加劑之間可能的相互作用。
對綠色能源的需求懇求電池消費所用的材料和溶劑要愈加環(huán)保。用水替代電池漿料中的有機溶劑是完成高能量可持續(xù)性的第一步。
用水替代有機溶劑(如n -甲基-2-吡咯烷酮，NMP)制備了三種懸浮液：
? 0.05 % 炭黑
? 0.05 % 石墨
? 0.1 % 鈷酸鋰
zeta電位的丈量是經(jīng)過電泳光散射(ELS)在Litesizer 500運用自動pH滴定裝置附件中止的。
Litesizer 500
結(jié)論與討論
電極材料的粒度和粒度分布LCO的粒度最大，跨度最大，而NCM和NCA的平均粒度較小，分布較窄(圖3)
圖3：三種不同正極材料的粒徑分布
經(jīng)過減小粒度和寬度，電池存儲能量的才干降低。這是由于較小的顆粒增加了聚會的趨向，減少了空隙。因此，電解質(zhì)的體積和電池的容量也會降低。但是，小顆粒給予的大表面積減少了電極內(nèi)的擴散距離，有助于促進電極與電解質(zhì)之間的離子交流。理論上，NMC和NCA樣品是低容量、高能量密度和快速充電的正極材料。
至于負極材料的結(jié)果，從圖4中可以看出，自然石墨和合成石墨的粒度分布具有可比性。
圖4：自然石墨和合成石墨的粒度分布
在PSA中還丈量了細粒度(表3)。這一信息有助于在消費階段評價廢品電池的性能和穩(wěn)定性。事實上，在多分散電極粉末中，小顆粒百分比越高，即細粒度越高，填料越致密。因此，在充放電循環(huán)過程中，由于鋰離子的插入而惹起的體積變化，大顆粒之間的空隙較少，同時較大的表面積有利于電極與電解質(zhì)的接觸。
表3：用PSA法測得的電極材料中小顆粒的含量
LCO和導(dǎo)電添加劑的Zeta電位
圖5：炭黑、石墨和LCO的zeta電位在不同pH下的變化
從圖5可以看出，炭黑和石墨顆粒的zeta電位大多為負，而LCO顆粒在pH 4以下的zeta電位為正。這意味著，關(guān)于添加了碳添加劑的電極漿液，為了促進碳添加劑與電極材料之間的靜電相互作用，應(yīng)將混合物的pH調(diào)至pH 4或更低。
近年來，研討的重點轉(zhuǎn)向進步電極材料導(dǎo)電性的新方法。其中大部分碳基材料被用作導(dǎo)電添加劑。最終電池漿料中不同組分的最佳混合比例嚴厲依賴于靜電相互作用。因此，為了獲得具有更大的抗斷裂才干的均勻涂層，必需中止zeta電位丈量。
（轉(zhuǎn)載）
