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負(fù)極材料粒度分布對(duì)鋰離子電池性能的影響

歐美克 2021-09-07 | 閱讀：6778

負(fù)極材料作為鋰離子電池的核心材料，對(duì)鋰離子電池的能量密度、充放電性能、循環(huán)性能、生產(chǎn)工藝等起著至關(guān)重要的作用。負(fù)極材料的主要技術(shù)指標(biāo)包括粒度、比表面積、振實(shí)密度、真密度、灰分、pH值等。其中，粒度分布作為負(fù)極材料的重要技術(shù)指標(biāo)，它還影響比表面積和振實(shí)密度，從而影響鋰離子電池的生產(chǎn)工藝和綜合性能。

一、粒度分布對(duì)鋰離子電池性能的影響

負(fù)極材料的粒度分布主要從以下幾個(gè)方面影響鋰離子電池的生產(chǎn)工藝和性能：

1、粒度分布影響體積能量密度

負(fù)極材料的顆粒大小應(yīng)當(dāng)具有合適的粒度分布，體系中的小顆粒能夠填充在大顆粒的空隙中，有助于增加極片的壓實(shí)密度，從而提高電池的體積能量密度。

2、粒度分布影響充放電性能

負(fù)極材料的顆粒越小，鋰離子嵌入時(shí)所需要克服的范德華力也就越小，嵌入越容易進(jìn)行，而且顆粒越小，鋰離子嵌入和脫出的通道越短，越有利于快速達(dá)到充分嵌鋰狀態(tài)，從而具有更好的充放電性能。

3、粒度分布影響循環(huán)性能

實(shí)驗(yàn)表明，顆粒越小的石墨負(fù)極有較大的初次容量，但不可逆容量也較大；隨著粒徑增大，初次充放電容量降低，不可逆容量減少。同時(shí)，石墨顆粒越小，與電解液接觸的比表面積越大，初次充放電過程中形成的SEI膜所消耗的電荷就越多，不可逆容量損失也就越大。因此，合理的粒度分布不僅能夠提升鋰離子電池的初次容量和初次效率，而且能夠提升鋰離子電池的循環(huán)性能。

4、粒度分布影響生產(chǎn)工藝

負(fù)極材料的粒度分布會(huì)直接影響電池的制漿和涂布工藝。在相同的體積填充份數(shù)情況下，材料的粒徑越大，粒度分布越寬，漿料的黏度就越小，這有利于提高固含量，減小涂布難度。

顆粒的粒徑以及分布寬度對(duì)漿料黏度的影響

二、負(fù)極材料對(duì)粒度的要求

在負(fù)極材料相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)材料顆粒的粒度分布提出明確的要求，具體如下：
三、歐美克高性能激光粒度分析儀如何滿足鋰離子電池材料粒度檢測(cè)要求

負(fù)極材料的研發(fā)、生產(chǎn)及來料檢驗(yàn)普遍采用激光粒度分析儀進(jìn)行粒度檢測(cè)，選擇高性能的激光粒度儀是獲得準(zhǔn)確粒度分布信息的重要保證。對(duì)于一款高性能的激光粒度分析儀，往往采用合理的光學(xué)結(jié)構(gòu)、高性能的光電元器件以及科學(xué)的反演模型，從而體現(xiàn)出良好的重復(fù)性、重現(xiàn)性、真實(shí)性、分辨率等測(cè)試性能。

珠海歐美克儀器有限公司從1993年開始從事激光粒度分析儀的研發(fā)、生產(chǎn)和應(yīng)用，積累了豐富的激光粒度分析儀研發(fā)、生產(chǎn)和應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。從1999年開始，歐美克激光粒度分析儀系列產(chǎn)品在鋰離子電池研發(fā)、生產(chǎn)領(lǐng)域逐步獲得行業(yè)認(rèn)可。下面，從幾個(gè)小案例管中窺豹，看看歐美克如何匠心智造每一款產(chǎn)品，又是如何站在行業(yè)應(yīng)用的角度為用戶提供粒度解決方案的。

1、大角散射光的球面接收技術(shù)（DAS）的應(yīng)用確保散射光能信息的準(zhǔn)確獲取

對(duì)少量的大/小顆粒及樣品各個(gè)粒徑組分的準(zhǔn)確識(shí)別，需要儀器制造商在無(wú)盲區(qū)光學(xué)設(shè)計(jì)、高精度元器件、裝配工藝、算法及軟件智能控制上不斷優(yōu)化，提高產(chǎn)品分辨能力。例如早先的激光粒度儀將多個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件探測(cè)通道放置在一塊或兩塊平面上，然而傅立葉透鏡的聚焦面通常呈弧形分布，平面布置的探測(cè)器很難將所有角度的散射光能信息都準(zhǔn)確地聚焦獲取。以歐美克LS-609型激光粒度分析儀為例，在散射光能探測(cè)器的設(shè)計(jì)時(shí)，將常見的失焦影響較大的多個(gè)大角探測(cè)器通道以分個(gè)獨(dú)立的方式放置在與其散射角相對(duì)應(yīng)的傅立葉透鏡焦點(diǎn)位置，保證所有散射光角度的信號(hào)都是無(wú)混雜的，提高了散射光分布角度分辨能力。與此同時(shí)，各個(gè)獨(dú)立的探測(cè)器有利于在探測(cè)器上布置雜散光屏蔽裝置，同時(shí)也防止了散射光在不同探測(cè)器上的相互干擾，進(jìn)一步降低系統(tǒng)的噪聲，提高細(xì)微差異的分辨能力。

大角散射光的球面接收技術(shù)（DAS）

2、優(yōu)良的測(cè)試性能準(zhǔn)確反映出測(cè)試樣品的細(xì)微差別

（1）Topsizer對(duì)粉體材料的大、小顆粒具有高超的分辨能力

歐美克Topsizer激光粒度分析儀測(cè)試含有少量大顆粒的石墨原材料的粒度分布圖和粒度分布表如下圖所示，可以看到對(duì)于體積含量在0.5%以下的極少量60-100μm的顆粒，以及體積含量在1%左右的2μm以下顆粒，均能夠靈敏的檢測(cè)出來其詳盡的粒度分布。顯示了Topsizer對(duì)粉體材料的大、小顆粒具有高超的分辨能力，對(duì)于電池產(chǎn)品的安全性能和容量性能有更準(zhǔn)確的指導(dǎo)意義。如果對(duì)于對(duì)少量小顆粒特別關(guān)注，在軟件上，甚至可以采用數(shù)量分布替代體積分布的計(jì)算方法，進(jìn)一步放大小顆粒的權(quán)重，對(duì)小顆粒數(shù)量上的變化進(jìn)行更易識(shí)別的測(cè)試和生產(chǎn)質(zhì)控。但需要注意的是，對(duì)于分布較寬的樣品，由于大小顆粒在尺寸上差異本身就很大，同樣體積的大小顆粒的數(shù)量相差將會(huì)異常大，取樣和分散測(cè)量上的少許波動(dòng)會(huì)導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果數(shù)量分布上較大的偏差。