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。

▼幾種商業(yè)正極材料的真密度和壓實(shí)密度范圍

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。