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激光粒度儀在新能源電池材料中的應用

發表時間:2022-07-04  |  點擊率:294

當下新能源市場在國家大力支持和引導下蓬勃發展,應用于電動車、電動工具、綠色儲能等新能源需求的電池市場也正在快速成長中。與此同時,對電池能效性和安全性要求也越來越高,而這兩種特性的好壞,與正負極材料和隔膜材料的粒度勻稱性和顆粒粒徑(粒度)有極大的相關性。

激光粒度儀通過傅立葉透鏡和光電探測器采集顆粒對激光的散射光能,各個不同角度的散射光分別匯聚在不同編號的光電探測器上,經過散射理論反演計算得出顆粒的粒徑分布。隨著國內粒度儀制造水平的提高,測試性能也不斷提升。

從大量的制漿經驗以及行業交流來看,諸如鋰鈷氧(LiCo02)、鋰錳氧(LiMn204)、鋰鎳氧(LiNi02)、鋰鎳鈷錳氧(LiNiCoMn02)和磷酸鐵鋰(LiFeP04)等多種不同的正極材料,通常采用中值粒徑D50作為關鍵質控指標。不同材料不同工藝的產品對原材料的粒徑要求也不盡相同,以分布在1-20um范圍內居多。負極材料以石墨為例,當其平均粒徑為16-18um,且粒度分布較為集中時,電池有較好的初放容量及首次效率。此外,隨著電池隔膜的厚度要求不斷提高,對其中添加阻燃材料的粒徑要求也隨之不斷提高,常使用的隔膜氧化鋁粒徑從微米級漸漸發展到亞微米甚至是納米級。隨著電池性能提高對原材料的粒度要求不斷提高,激光粒度儀發揮著不可替代的作用,同時對粒度測量儀器的重復性、分辨力提出了更高的要求。

鋰電池粒徑要求

我們常說的激光粒度儀的重復性,通常形容測量結果的穩定程度。只有良好的重現性的儀器才能對樣品粒徑進行牢靠的評價,有利于用于多個樣品之間差異的精確識別。粒度儀的辨別力指的是儀器對樣品不同粒徑的顆粒測量辨別能力以及對給定粒度等級中顆粒含量的微小變化識別的靈敏程度。一般來說,除了影響重現性的因素外,散射光能分布角度和光強的精準獲取,低背景噪聲的光學電子設計,高精度的模數轉換及反演計算水平都對儀器的分辨力有較大影響。

激光粒度儀的高分辨力在電池材料的檢驗中,對測試樣本中少量的大顆?;蛐☆w粒的精確識別有著重要的意義。比如說在電池材料活性物質中假如存在少量的大顆粒,可能會對涂布、滾壓造成負面影響。假如在原材料檢測時就發覺,則可以避免后續不良品的產生。另一個典型的例子是粒徑過小的石墨粉在粉碎過程中更易于使其晶型結構發生轉變,小顆粒石墨粉中菱形晶數量相對較多,而菱方結構的石墨具有較小的儲鋰容量,使電池的充放電容量有所降低。另外顆粒直徑太小,單位重量總表面積就會很大,需要包覆材料越多,導致電極材料的積累密度減小而體積能量密度下降。假如能精確地對各種原材料進行粒度測試,在一定程度上有助于預判后續產品的性能。以上只是舉的一些顯而易見的例子,實際上電池性能的諸多方面都與正負極材料和隔膜材料等的粒徑息息相關。所以,有時候可以用Rise-3002顆粒圖像分析儀作為輔助,觀察材料形貌和粒徑綜合分析。

對樣品各個粒徑段的精確識別,需要儀器制造商在無盲區光學設計、高品質高精度元器件、裝配工藝、算法及軟件智能掌握上不斷優化,提高產品辨別能力。以潤之Rise-2008作為典型的例子來看,最新的激光粒度儀散射光能探測的設計,將多個大角度探測器通道以獨立的前、后及側面全角度扇形分布方式精確放置于與其散射角相對應的傅立葉透鏡焦點位置,以保證散射光角度的信號完整性和獨立性,提高了散射光分布角度辨別能力。

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