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三元正极材料TR-202

 静思阁楼 2012-03-22
三元正极材料TR-202(NCM523)

本公司成功自主研发了TR-202容量型锂电池专用正极材料。该产品已成功推向市场,目前已有大部分电池生产厂家开始使用。为高容量电池生产商和混合型电池生产商提供了优秀的正极材料。解决了原有三元材料无法满足高容量的要求,对电池行业来说有了新的突破。同时,该材料还具备较好的循环性能。

一、化学成分及物理性能

元素

标准要求(wt%)

测量值(wt%)

测量方法或设备

参见标准

Ni

56.7-62.7max

61.15

ICP

JY/T O15-19969

Mn

ICP

Co

ICP

Ca

0.03max

0.025

ICP

Na

0.01max

0.0093

ICP

SO4

0.05max

0.042

化学法

 

PH

9.5-12

10.8

PHS-25

GB/T 1717

含水量

0.05max

0.038

重量法

 

 

检测项目

标准要求

测量值

测量方法或设备

参见标准

振实密度TD(g/cm3)

2.0-2.5

2.33

PF-100B智能振实密度仪

GB/T 5162

比表面积BET(m2/g)

0.6-1.5

0.75

Pioneer2002

GB/T 13390

粒径

D50(um)

5-12

8.02

BT-9300H激光粒度分析仪

GB/T 19077.1-2003

D10(um)

1-5

3.35

D90(um)

12-25

12.33

1、外观:黑色粉末(图1)

 

2、X射线衍射:对照JCDS标准(16-427),无杂相存在(图2)

3.粒度分布图(图3)

二、电性能

经过大部分容量型电池生产厂家的认可,该材料的加工性能好,不易吸水,加工过程使用放心,面密度(双面)可涂到400g/㎡,同时为了提高容量发挥性能,使用导电剂时比正常的要少(3.5%↓)。为了不脱粉,PVDF的用量控制在3%以下(高分子60W以上的用量在3%以下),下面是我司制作材料检测电池和电池生产商所提供的数据:

1、容量型电池

制作电池18650-2200mAh型号的电池,常温25±2℃况情下进行循环,以0.5C充/4.2V ;1C放/2.75V的情况下循环, 175次循环,容量保持率98.1%。

 

   2.常温放电图


    3.
常温25±2℃况情下进行循环,以0.5C充/4.2V ;1C放/2.75V的情况下循环, 260次循环,容量保持率91.3%。

 

一、配料前的准备

1PVDF提前6小时溶解,溶解温度不超过60 (指难溶的PVDF,如6020),溶解状透明无色,PVDF开封时间过长,需在80真空下干燥4-6小时

2、导电剂在配料时需要在150℃温度下烘烤在12小时后方可使用。

3、开封后未用完的TR202材料在第二次使用时需要在150℃(普通干燥烘箱 )温度下干燥12小时,如在150℃真空下烘烤5-8小时便可以使用。

4、在高温烘烤过的材料,需等温度降至80℃以下方可使用。

二、推荐配方

配比1压实在3.4-3.6 g/㎡<铝箔、面密:48-52 g/㎡>的配比

三元材料

PVDF(苏威)

SP(汇普)

NMP(南京金龙)

真空搅拌时NMP控制在30%-40%

93.5

3

3.5

60

(对于容量要求高的, 建议使用此配比, 使用的PVDF6020<分子量大概在60—70万之间>首次1C放电容量≥150 mAh/g)

三、配料过程

1NMP+PVDF进行溶解,溶解后透明无色。

2、溶液+SP进行混合,搅拌时间控制在0.5-1小时。

3、(溶液+SP)+(TR202材料)进行搅拌,搅拌时间根据搅拌机的速度来定,(一般情况下搅拌时间控制在3-4小时)

4、过滤。

四、正负极涂料比例

1、正极的涂料密度控制在380±8g/㎡

2、负极的涂料密度控制在200±5g/㎡

五、常见问题实例

1、容量偏低

可能原因:PVDF的用量过多,极片粘得过死,会导致容量偏低,循环变差,压实下降等。

       解决办法:建议①固定导电剂的量,适当降低PVDF的用量;②固定PVDF的用量,适当提高导电剂的用量;③水分含量偏高;解决办法:延长极片和电芯的烘烤时间。

2、脱粉

可能原因:PVDF的用量过低或者PVDF的分子量偏低;

解决办法:①适当调高PVDF的用量;②导电剂用量偏高;解决办法:适当降低导电剂的用量;

3、压实密度偏低

  可能原因:PVDF和SP用量偏高;

解决办法:在极片不掉粉的情况下,适当降低PVDF和SP的用量;

4、平台低:对平台要求较高的可配相应的高端负极,因此可提升相应的平台。

要点:

1PVDFSP加入量的多少,对电池性能都有不同程度的影响,特别是当PVDF的用量过高时,对电池性能的影响相当明显,压实和容量明显降低了不少;

2在使用本材料时建议使用我公司推荐的配比;

3如果使用后达不到预期效果的,则可根据所用PVDF的分子量大小,对PVDF的用量进行适当的调整,建议控制在2.5-3%左右;SP的用量控制在2.5%-3.5%

4、导电剂的使用总量(SP)在一般情况下不宜过多,建议控制在2.5-3.5%左右 当大于3.5%时极片易出现掉粉、压实低等现象

5、TR202材料加工性能好,经本公司实验测试,当材料在相对湿度90%左右的环境中放置了48h后进行配料,无粘团、无果冻(对容量有一定影响,建议在使用前要进行烘烤)

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