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鋰離子電池具有能量密度高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、自放電小、無(wú)記憶效應(yīng)和環(huán)境友好等眾多優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)在消費(fèi)電子、電動(dòng)工具、電動(dòng)汽車、規(guī)模儲(chǔ)能等領(lǐng)域中獲得了廣泛地應(yīng)用，并呈現(xiàn)出快速增長(zhǎng)趨勢(shì)。

負(fù)極材料作為鋰離子電池的重要電極材料，我國(guó)陸續(xù)頒布了多項(xiàng)相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)負(fù)極材料的實(shí)際生產(chǎn)和應(yīng)用起到了指導(dǎo)性作用。其中，粒度分布作為負(fù)極材料的一項(xiàng)重要理化指標(biāo)，直接影響電池的制漿工藝以及體積能量密度，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

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。

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。

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(guò)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。

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

材料的粒度分布通常可由激光衍射粒度分析儀和納米顆粒分析儀測(cè)出，材料粒度分布的特征參數(shù)主要有D10、D50、D90和Dmax。材料粒度分布寬度可用(D90-D10)/D50求得，比值越大，分布越寬。如下現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)鋰電池負(fù)極材料粒度分布要求規(guī)定如下：

GB∕T?24533-2019 鋰離子電池石墨類負(fù)極材料

▲ 表1  典型天然石墨類鋰離子電池負(fù)極材料粒度分布指標(biāo)

▲ 表2  典型人造石墨類鋰離子電池負(fù)極材料粒度分布指標(biāo)

▲ 表3  典型復(fù)合石墨類鋰離子電池負(fù)極材料粒度分布指標(biāo)

GB/T 38887-2020 球形石墨

▲ 表4  典型Ⅰ級(jí)球形石墨粒度分布指標(biāo)

▲ 表5  典型Ⅱ級(jí)球形石墨粒度分布指標(biāo)

▲ 表6  典型Ⅲ級(jí)球形石墨粒度分布指標(biāo)

GB/T 37592-2019 中間相炭微球

▲ 表7 中間相炭微球粒度分布指標(biāo)

GB/T 38824-2020 軟炭

▲ 表8 軟炭粒度分布指標(biāo)

GBT 38823-2020 硅炭

▲ 表9 硅炭粒度分布指標(biāo)

GB/T 30836-2014 鋰離子電池用鈦酸鋰及其炭復(fù)合負(fù)極材料

▲ 表10 鋰離子電池用鈦酸鋰及其炭復(fù)合負(fù)極材料粒度分布指標(biāo)

隨著鋰離子電池的高速發(fā)展，新材料、新工藝不斷涌現(xiàn)，鋰離子電池負(fù)極材料種類也會(huì)越來(lái)越多，粒度分布要求也會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化。同時(shí)，不同品牌的粒度儀產(chǎn)品由于光學(xué)結(jié)構(gòu)、電子元件、數(shù)據(jù)模型、產(chǎn)品質(zhì)量等差異，往往導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果并不完全相同，這就需要電池材料廠家和電芯廠家根據(jù)實(shí)際質(zhì)控要求選擇合適的粒度儀和設(shè)置合適的質(zhì)控目標(biāo)。作為專業(yè)的粒度儀廠家，珠海歐美克儀器有限公司建議您從儀器的動(dòng)態(tài)測(cè)量范圍、分辨率、重復(fù)性、重現(xiàn)性、真實(shí)性、易操作性及廠家的服務(wù)保障能力、行業(yè)口碑幾個(gè)方面選擇合適的粒度儀。

●  測(cè)試范圍：0.02-2000μm（濕法）0.1-2000μm（干法）

●  重復(fù)性：優(yōu)于0.5%（標(biāo)樣D50偏差）

●  準(zhǔn)確性：優(yōu)于0.6%（標(biāo)樣D50偏差）

▲ 歐美克Topsizer 激光粒度分析儀

歐美克Topsizer激光粒度分析儀采用密閉式單鏡頭前置傅里葉直線光路設(shè)計(jì)，可接收顆粒在空間中的所有角度的匯聚散射光，在減少粉塵污染干擾同時(shí)，避免了多余反射光學(xué)部件（如多鏡頭）造成的雜散光，可以進(jìn)一步降低儀器工作時(shí)的背景噪聲至極低水平，提高了儀器測(cè)量時(shí)的信噪比，可以對(duì)負(fù)極材料的各個(gè)粒徑組分（級(jí)配）進(jìn)行準(zhǔn)確的定量分析。Topsizer粒度儀選用具有較長(zhǎng)焦距的傅立葉透鏡，這樣增加了測(cè)量窗口到光電探測(cè)器平面的距離，從而使光電探測(cè)器能夠準(zhǔn)確探測(cè)到更小散射角度的散射光信號(hào)，極大增強(qiáng)了儀器對(duì)少量大顆粒的測(cè)試能力。

參考文獻(xiàn)

【1】沈興志，珠海歐美克儀器有限公司，高性能激光粒度分析儀在電池材料測(cè)試中的應(yīng)用。

【2】珠海歐美克儀器有限公司，激光粒度分析儀在鋰離子電池行業(yè)中的應(yīng)用。

【3】蘇玉長(zhǎng)，劉建永，禹萍，鄒啟凡，中南大學(xué)材料與工程學(xué)院，粒度對(duì)石墨材料電化學(xué)性能的影響。

【4】旺材鋰電，鋰離子電池負(fù)極材料標(biāo)準(zhǔn)最全解讀。

【5】中國(guó)粉體網(wǎng)，粒度對(duì)負(fù)極材料有什么影響？