鋰電池
粒度和粒徑分布影響著鋰電池材料性能的方方面面,特別是在生產(chǎn)流程,粒度粒徑的檢測有助于試驗(yàn)階段的通過/失敗檢測、過程控制、以及每個工廠的出貨控制。對鋰電池,特別是聚焦輿論大量視線的鋰離子電池,在原材料管控階段,主要有三類電池材料需要進(jìn)行粒度檢測——正極材料、負(fù)極材料和隔膜材料,所需的粒徑檢測范圍在10nm到5mm之間。
以鋰離子電池的正極材料為例,粒徑D50是關(guān)鍵性的質(zhì)量控制指標(biāo)之一,無論是磷酸鐵鋰電極還是其他主流鋰合金氧化物電極都不例外。D50是表示粒徑大小的典型值,其標(biāo)準(zhǔn)定義是累計分布百分?jǐn)?shù)達(dá)到50%時對應(yīng)的粒徑值,又名中值粒徑、中位徑。電池正極對原材料的粒徑要求波動范圍較大,一般在1-20μm之間。具體指標(biāo)主要受到材料種類和工藝要求的雙重限制。負(fù)極材料的粒徑對電池的初始放電容量和首次效率等參數(shù)有重要影響,還是以鋰離子電池為例,其負(fù)極石墨材料的平均粒徑較為集中地分布在16-18μm之間時,最為合適。電池隔膜,介于正負(fù)極材料之間,也是電池結(jié)構(gòu)重要的組成部分,其中需要添加氧化鋁等阻燃材料,這些阻燃材料的粒徑需求則呈現(xiàn)隨著隔膜層厚度不斷提升,粒徑不斷減小的趨勢,目前甚至需要達(dá)到亞微米甚至納米級的要求。
鋰電池結(jié)構(gòu)示意圖
電池的工藝特性、充放電容量、體積能量密度等重要參數(shù)都會受到電池材料粒度的影響, 而在各種粒度檢測方法中,激光粒度儀因具有操作簡便、可測顆粒數(shù)、等效概念明確、速度快、準(zhǔn)確性好等優(yōu)點(diǎn),受到鋰電市場的青睞。在激光粒度儀的各類技術(shù)指標(biāo)中,“分辨能力”對于電池材料的檢測有著極為重要的意義。分辨能力是指激光粒度儀對樣品中不同粒徑之間的區(qū)分能力。這種能力對電池材料的檢測非常重要,例如,過小顆粒的石墨粉中往往具有較多的菱方結(jié)構(gòu),用參有這種石墨材料的鋰電池,儲鋰容量就會比較小,而分辨能力高的激光粒度儀,就能較容易地檢測出石墨原材料中的菱方結(jié)構(gòu)。
激光粒度儀原理示意圖
評估激光粒度儀分辨能力的方法有很多,最常見的就是測量在已知粒徑的標(biāo)準(zhǔn)樣品中加入少量比例已知的大/小顆粒樣品,看測試結(jié)果是否能滿足真實(shí)的差異。目前在市場上,激光粒度儀的分辨能力往往從散射光能分布角度、信噪比光學(xué)電子設(shè)計、高精度的模數(shù)轉(zhuǎn)換及反演計算水平等角度改進(jìn)。而具有高品質(zhì)高分辨率元器件、裝配工藝及算法數(shù)控優(yōu)化水平高的激光粒度儀,也越來越為鋰電行業(yè)所重視。
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