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作為鋰離子電池極片的主要組成部分，正極活性物質(zhì)顆粒粒徑大、剛性較強，部分大顆粒不易加工，對鋰離子電池的性能造成嚴重的影響。本文以鈷酸鋰材料作為正極活性物質(zhì)，研究了正極表面顆粒對鋰離子電池電化學(xué)性能的影響。

1、 實驗

鈷酸鋰、導(dǎo)電石墨BP2000、粘結(jié)劑PVDF以90%∶3%∶7%(質(zhì)量分數(shù))的比例配制漿料，漿料涂布在鋁箔上，干燥，輥壓制成卷芯。隔膜為干法的日本宇部、電解液為 LB-335VE，極耳、負極石墨FSN-1。共生產(chǎn)一個型號：563048P 850mAh，分別用0.5C進行充放電分容后老化。同時以1.0C電流對電池進行充放電循環(huán)壽命測試。

正常配制漿料為：直接用上一次配料的未清理的攪拌機配料，同時加入上一次攪拌過程中的回收料。本文實驗在配制漿料的過程中，采用3種配制方法，方法1：按照正常生產(chǎn)進行；方法2：調(diào)整網(wǎng)篩篩孔的大??；方法3：調(diào)整篩孔大小并調(diào)整配料工序(清理攪拌缸內(nèi)壁、攪拌桿、不加回收料)，再進行同一型號不同批次的電性能測試。

2、 結(jié)果與討論

2.1 正極材料與正極片參數(shù)

由圖1鈷酸鋰正極材料的掃描電鏡圖(SEM)可知：材料顆粒大小不一，相對級配型較好，但大顆粒粒徑相對更大。

由表1可知：D50 為18.3um，說明18.3um以上的顆粒相對較多，占比50%，而D90為44.9um材料顆粒占比10%。

表2中的數(shù)據(jù)表明：極片輥壓后厚度均值為0.124mm，鋁箔厚度20um，可計算得單面極片厚度僅為53um，超過44.9um的活性物質(zhì)大顆粒加上粘結(jié)劑、導(dǎo)電劑的顆粒和活性物質(zhì)小顆粒之間相互疊加，會導(dǎo)致部分大顆粒在極片表面凸顯出來，見圖 2，在極片表面形成尖點，實際效果如圖3所示。因此，經(jīng)過方法3處理后，大顆粒和回收料排除，顆粒均勻，輥壓后極片表面更光滑，預(yù)計對后續(xù)工序和電池性能有更好的作用。

2.2 制程性能測試

2.2.1 短路測試

表3為 563048P 850mAh各配制方法制作電池的短路率數(shù)據(jù)。由表3可知：方法1的電池電芯在裝配車間測試裸電芯短路時短路率最大，達3.7%，約是方法2和方法3短路率的10倍。

同時，為了對比方法2和方法3，分別對電芯第1次和第2次短路測試的不良裸電芯進行拆解分析原因，具體如表4所示，卷芯短路測試中，方法2的13個不良品均為極片表面顆粒刺破隔膜造成的，而方法3則沒有不良品，說明方法3可有效降低顆粒刺破隔膜的短路幾率，而裸電芯短路測試分析表明與顆粒表面光滑度無關(guān)。

2.2.2 電壓K值性能測試

由表5可知，方法1即正常生產(chǎn)的電池低壓不良率達7.25%，而配制方法3即調(diào)整篩網(wǎng)+配料工序的電池電壓不良率只有1.82%，因此，電池值的不良率主要因電芯內(nèi)部短路等造成。極片表面有顆粒是造成內(nèi)部短路的主要原因，因此減少過大顆粒的數(shù)量，調(diào)整篩孔+配料工序可以有效地使低壓不良率減少3/4，對電池電壓的保持有更為有效的作用，進一步提高了電池生產(chǎn)的合格率。

2.3 荷電保持性能測試

圖4為三種方法生產(chǎn)的電池荷電保持性能曲線，方法1～3的電壓衰減分別為9、6、2mV，方法1和方法2生產(chǎn)的電池電壓衰減相對較快，方法3電壓下降相對平穩(wěn)，說明配制漿料中去除大顆粒和不使用回收料減少了電池內(nèi)部短路的幾率，有效地提高了電壓保持率。而方法2雖然通過網(wǎng)篩過濾了大顆粒，但是使用回收料卻造成了大顆粒的導(dǎo)入，也增加了內(nèi)部短路的風(fēng)險，加速了電池電壓的衰減。

2.4 循環(huán)性能測試

由圖5可知，正常生產(chǎn)的電池循環(huán)性能較差，性能衰減相對較快，300次循環(huán)后容量保持率只有84%左右，較正常市場上的電池循環(huán)性能要求只高出很少，循環(huán)性能不合格風(fēng)險較大。

而調(diào)整網(wǎng)篩和調(diào)整網(wǎng)篩+配料工序生產(chǎn)的電池的循環(huán)容量保持率相對較好，均在90%以上，調(diào)整網(wǎng)篩+配料工序生產(chǎn)的電池循環(huán)性能更佳，容量保持率在94%以上，說明通過調(diào)整網(wǎng)篩+配料工序可規(guī)避大顆粒對電池極片表面的影響，有效提高電池的循環(huán)性能。

3、 結(jié)論

大粒徑顆粒是影響電極表面光滑的主要原因，通過調(diào)整篩孔+配料工序(不加入回收料)的辦法減少了大顆粒對隔膜的刺破風(fēng)險，有效提高了卷芯和裸電芯的生產(chǎn)合格率，減少了工序返工；同時可使電池電壓的K值不良率迅速有效地下降3/4，大幅降低了K值不良造成的損失，明顯提高了荷電保持率，減少了大顆粒對電池循環(huán)性能的影響，規(guī)避了因更多不良品流入客戶端造成的品質(zhì)不良率。因此，通過去除大顆粒保持極片表面光滑很大程度上提升了電池產(chǎn)品的性能。

文獻參考：覃曉捷,韋京汝,王姜婷,莫長翼,陳瓊.正極極片表面顆粒對電池性能影響的研究[J].電源技術(shù),2017,41(10):1399-1401