研究發(fā)現(xiàn)，除了鋰離子電池電極活性物質(zhì)的固有屬性，電極的微觀結(jié)構(gòu)對(duì)電池的能量密度和電化學(xué)性能也有十分重大的影響。在未經(jīng)碾壓的電極中，僅有50%的空間被活性物質(zhì)所占據(jù)，提高壓實(shí)密度，可以有效的提高電極的體積能量密度和重量能量密度。

目前，影響正極極片壓實(shí)密度的因素主要有以下四點(diǎn)：

(1)材料真密度;

(2)材料形貌;

(3)材料粒度分布;

(4)極片工藝;

通過(guò)優(yōu)化這些影響因素，便可以通過(guò)提高壓實(shí)密度進(jìn)而提高能量密度。

(1)材料的真密度

目前商業(yè)化正極材料的真密度：鈷酸鋰>三元材料>錳酸鋰>磷酸鐵鋰，這和壓實(shí)密度規(guī)律一致，材料的真密度對(duì)壓實(shí)密度的影響是無(wú)法改變的。

注：不同組分三元材料真密度不同，本表所選NCM111

目前鈷酸鋰壓實(shí)密度和真密度的差值已經(jīng)小于1.0g·cm-3，若三元材料也達(dá)到這個(gè)數(shù)值，那壓實(shí)密度可達(dá)到3.8g·cm-3，目前提高壓實(shí)密度的方法主要從材料形貌、材料粒度分布、極片工藝三方面入手。

(2)材料形貌

目前商業(yè)化的鈷酸鋰是一次顆粒，單晶很大，三元材料則為細(xì)小單晶的二次團(tuán)聚體，如圖所示，幾百納米的一次顆粒團(tuán)聚成三元材料二次球，本身就有很多空隙;而制備成極片后，球和球之間也會(huì)有大量的空隙，以上原因使三元材料的壓實(shí)密度進(jìn)一步降低。

(a)鈷酸鋰;(b)三元材料

如果將三元材料的形貌制備成和鈷酸鋰類(lèi)似的大單晶則可有效提高其壓實(shí)密度(3.8g·cm-3以上)，但目前工藝還不成熟，產(chǎn)品容量和首放效率都比常規(guī)產(chǎn)品低。

(3)材料粒度分布

三元材料的粒度分布對(duì)其壓實(shí)密度產(chǎn)生影響的原因和三元材料的球形形貌有關(guān)，等徑球在堆積時(shí)，球體和球體之間會(huì)有大量的空隙，若沒(méi)有合適的小粒徑來(lái)填補(bǔ)這些空隙，堆積密度就會(huì)很低，所以合適的粒度分布能提高材料的壓實(shí)密度。

(a)常見(jiàn)粒度分布的正極材料制備成極片SEM圖(b)兩種粒度分布的產(chǎn)品混合后的正極材料極片SEM圖

優(yōu)化三元材料粒度分布可提高其壓實(shí)密度，D50接近的材料，若D10、D90、Dmin、Dmax有差別，也會(huì)造成壓實(shí)密度不同。粒度分布太窄或粒度分布太寬都會(huì)使材料壓實(shí)密度降低，對(duì)于粒度分布的影響，有的電池廠家會(huì)對(duì)正極材料生產(chǎn)商提出要求，而有的電池廠家則通過(guò)混合不同粒度分布的產(chǎn)品來(lái)達(dá)到提高壓實(shí)密度的目的。

(4)極片工藝

極片的面密度，黏結(jié)劑和導(dǎo)電劑的用量都會(huì)影響壓實(shí)密度，導(dǎo)電劑和黏結(jié)劑的真密度非常低，加入量越多則極片壓實(shí)密度越低。

因此，極片制作時(shí)使用導(dǎo)電性好的導(dǎo)電劑以降低導(dǎo)電劑用量;另外，調(diào)漿過(guò)程高速分散，使導(dǎo)電劑和黏結(jié)劑均勻分散等也可提高壓實(shí)密度。

三元材料極片過(guò)壓有什么影響?

造成三元材料極片過(guò)壓的原因有兩種，一種是電池廠家為了追求電池的高能量密度導(dǎo)致極片過(guò)壓;另一種是材料廠家制程控制不嚴(yán)格，使不同批次三元材料的壓實(shí)密度不一致，而電池廠家未分析材料的具體情況，按照常規(guī)工藝參數(shù)制備極片時(shí)將極片過(guò)壓。

過(guò)壓后的極片SEM圖

極片過(guò)壓會(huì)造成電池容量降低，循環(huán)惡化，內(nèi)阻增加等問(wèn)題。首先，極片過(guò)壓會(huì)使球形三元材料大面積破碎，新產(chǎn)生的表面有很多脫離了二次球的一次小顆粒，它們要么因?yàn)闆](méi)有接觸到PVDF而從極片上掉落，要么因?yàn)闆](méi)有接觸到導(dǎo)電劑而使極片導(dǎo)電性能局部惡化。

新表面的產(chǎn)生也使比表面增大，與電解液的接觸面增大，副反應(yīng)增加，從而造成電池性能降低，如電池氣脹、循環(huán)衰減等。過(guò)壓還會(huì)造成鋁箔變形，極片脆片，容易折斷，電池內(nèi)阻增加。

另外，過(guò)壓的極片中，材料顆粒之間的擠壓程度過(guò)大，造成極片孔隙率低，極片吸收電解液的量也會(huì)降低，電解液難以滲透到極片內(nèi)部，直接的后果就是材料的比容量發(fā)揮變差。保液能力差的電池，循環(huán)過(guò)程中極化很大，衰減很快，內(nèi)阻增加明顯。

極片是否過(guò)壓可以通過(guò)觀察極片是否脆片、做電鏡查看材料是否被破碎、估算極片孔隙率等方法來(lái)判斷。其中極片孔隙率是判斷極片吸液量、吸液速率的一項(xiàng)重要指標(biāo)，對(duì)電池性能產(chǎn)生直接影響。

極片孔隙率是指極片輥壓后內(nèi)部孔限的體積占輥壓后極片總體積的百分率。極片孔隙率過(guò)低會(huì)降低電解液量對(duì)極片浸潤(rùn)速率，影響電池性能發(fā)揮，過(guò)高會(huì)降低電池能量密度，浪費(fèi)有效空間。因此，不能為了追求能量密度而過(guò)度提高壓實(shí)密度。