激光粒度儀在新能源電池材料中的應(yīng)用

當(dāng)下新能源市場(chǎng)在國家大力支持和引導(dǎo)下蓬勃發(fā)展，應(yīng)用于電動(dòng)車、電動(dòng)工具、綠色儲(chǔ)能等新能源需求的電池市場(chǎng)也正在快速成長中。與此同時(shí)，對(duì)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(fù)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(guān)性。

激光粒度儀通過傅立葉透鏡和光電探測(cè)器采集顆粒對(duì)激光的散射光能,各個(gè)不同角度的散射光分別匯聚在不同編號(hào)的光電探測(cè)器上，經(jīng)過散射理論反演計(jì)算得出顆粒的粒徑分布。隨著國內(nèi)粒度儀制造水平的提高，測(cè)試性能也不斷提升。

從大量的制漿經(jīng)驗(yàn)以及行業(yè)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(guān)鍵質(zhì)控指標(biāo)。不同材料不同工藝的產(chǎn)品對(duì)原材料的粒徑要求也不盡相同，以分布在1-20um范圍內(nèi)居多。負(fù)極材料以石墨為例，當(dāng)其平均粒徑為16-18um，且粒度分布較為集中時(shí)，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(duì)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(jí)漸漸發(fā)展到亞微米甚至是納米級(jí)。隨著電池性能提高對(duì)原材料的粒度要求不斷提高，激光粒度儀發(fā)揮著不可替代的作用，同時(shí)對(duì)粒度測(cè)量儀器的重復(fù)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(fù)性,通常形容測(cè)量結(jié)果的穩(wěn)定程度。只有良好的重現(xiàn)性的儀器才能對(duì)樣品粒徑進(jìn)行牢靠的評(píng)價(jià)，有利于用于多個(gè)樣品之間差異的精確識(shí)別。粒度儀的辨別力指的是儀器對(duì)樣品不同粒徑的顆粒測(cè)量辨別能力以及對(duì)給定粒度等級(jí)中顆粒含量的微小變化識(shí)別的靈敏程度。一般來說，除了影響重現(xiàn)性的因素外，散射光能分布角度和光強(qiáng)的精準(zhǔn)獲取，低背景噪聲的光學(xué)電子設(shè)計(jì)，高精度的模數(shù)轉(zhuǎn)換及反演計(jì)算水平都對(duì)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(yàn)中,對(duì)測(cè)試樣本中少量的大顆?；蛐☆w粒的精確識(shí)別有著重要的意義。比如說在電池材料活性物質(zhì)中假如存在少量的大顆粒，可能會(huì)對(duì)涂布、滾壓造成負(fù)面影響。假如在原材料檢測(cè)時(shí)就發(fā)覺，則可以避免后續(xù)不良品的產(chǎn)生。另一個(gè)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(jié)構(gòu)發(fā)生轉(zhuǎn)變，小顆粒石墨粉中菱形晶數(shù)量相對(duì)較多，而菱方結(jié)構(gòu)的石墨具有較小的儲(chǔ)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(huì)很大，需要包覆材料越多，導(dǎo)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(duì)各種原材料進(jìn)行粒度測(cè)試，在一定程度上有助于預(yù)判后續(xù)產(chǎn)品的性能。以上只是舉的一些顯而易見的例子,實(shí)際上電池性能的諸多方面都與正負(fù)極材料和隔膜材料等的粒徑息息相關(guān)。所以，有時(shí)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(duì)樣品各個(gè)粒徑段的精確識(shí)別，需要儀器制造商在無盲區(qū)光學(xué)設(shè)計(jì)、高品質(zhì)高精度元器件、裝配工藝、算法及軟件智能掌握上不斷優(yōu)化，提高產(chǎn)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(cè)的設(shè)計(jì),將多個(gè)大角度探測(cè)器通道以獨(dú)立的前、后及側(cè)面全角度扇形分布方式精確放置于與其散射角相對(duì)應(yīng)的傅立葉透鏡焦點(diǎn)位置，以保證散射光角度的信號(hào)完整性和獨(dú)立性，提高了散射光分布角度辨別能力。