正極材料是決定鋰離子電池性能和成本的重要因素，目前主流的一類電池是三元鋰電池，它是指正極材料使用鎳鈷錳酸鋰（NCM）三元正極材料的鋰電池，相比磷酸鐵鋰電池，三元鋰電池的綜合表現(xiàn)為平均，能量密度較高，體積比能量也高。在鋰離子電池正極材料研發(fā)和生產(chǎn)過程中的性能表征中，密度是需要考察的一項(xiàng)重要指標(biāo)。提高正極材料的真實(shí)密度，意味著可以提高鋰離子電池的能量密度，提高電池的性能。
 

        在本文中，我們使用了彼奧德公司TD-2200系列真密度分析儀，對鎳鈷錳酸鋰（NCM）三元正極材料進(jìn)行了密度測試分析。TD-2200應(yīng)用了氣體置換法/氣體膨脹法原理，利用氦氣作為氣體探針，置換并填充材料孔隙和空隙中的空氣，從而獲取材料的真實(shí)體積，通過ρ=m/V計(jì)算出密度。氣體測密度法是的檢測材料骨架體積和真實(shí)密度的儀器，可以完成排液法無法測定的多孔/超輕/易潮解材料，具有不污染不破壞樣品的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)具備高的測試精度和穩(wěn)定性。
 

鎳鈷錳酸鋰（NCM）三元材料真密度測試步驟：
1.TD-2200開機(jī)預(yù)熱：測試前，開啟TD-2200主機(jī)。
2.取樣并稱重：取樣前，建立先對樣品進(jìn)行烘干脫水處理。將樣品池置于萬分之一天平上稱重并去皮，取樣準(zhǔn)確稱量，記錄樣品質(zhì)量。將樣品池置于樣品倉測試位。
3.設(shè)定參數(shù)：這里，我們只需要在觸屏控制界面輸入樣品質(zhì)量和名稱，其它參數(shù)使用儀器默認(rèn)出廠參數(shù)。
4.運(yùn)行分析：點(diǎn)擊觸控界面開始按鈕，運(yùn)行測試。
5.重復(fù)測試：將同一樣品，在不同時(shí)間/日期下重新取樣測試，不能在該質(zhì)量下重復(fù)測試多次的平均結(jié)果作為真實(shí)值。測試步驟參照1～4。
*有些品牌的儀器由于測試缺陷，需要用戶將同一樣品在同一質(zhì)量下測試5～10次，然后取平均值。在一些嚴(yán)謹(jǐn)?shù)挠脩糁?，使用這里類儀器時(shí)不難發(fā)現(xiàn)，同一樣品在不同季節(jié)和不同時(shí)間/日期下測試結(jié)果與之前的相差甚遠(yuǎn)。如若僅憑單次測試就直接給出結(jié)果，可能會(huì)對電池性能造成極大影響，使企業(yè)遭受嚴(yán)重?fù)p失。所以，我們在進(jìn)行重復(fù)性測試時(shí)，應(yīng)重新取樣測試，這樣才不會(huì)使表征結(jié)果與真實(shí)值間產(chǎn)生較大誤差*
6.報(bào)告分析
 
三元材料真密度測試結(jié)果分析：
我們對兩種樣品分別進(jìn)行了兩次取樣測試，為了驗(yàn)證儀器穩(wěn)定性，對每次取樣的樣品重復(fù)測試了3次。結(jié)果見下表
 

        從上表中，我們可以清楚的看到每種樣品單次循環(huán)測試時(shí)，密度和體積的實(shí)測值。樣品1的兩次取樣測試結(jié)果中，每次測試的密度值均在3.59g/cm³范圍內(nèi)，樣品2的兩次取樣測試結(jié)果中，每次測試的密度值均在4.74g/cm³范圍內(nèi)；而且兩種樣品，不論是相同質(zhì)量下還是不同質(zhì)量下的密度數(shù)值和體積數(shù)值，均僅在小數(shù)點(diǎn)后第三位出現(xiàn)浮動(dòng)，這樣的結(jié)果*可以滿足鋰離子電池正極材料的密度表征，同時(shí)可以看到TD-2200真密度分析儀穩(wěn)定性*。