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(cè)有助于試驗(yàn)階段的通過(guò)/失敗檢測(cè)、過(guò)程控制、以及每個(gè)工廠的出貨控制。對(duì)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(lèi)電池材料需要進(jìn)行粒度檢測(cè)——正極材料、負(fù)極材料和隔膜材料，所需的粒徑檢測(cè)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(wú)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(jì)分布百分?jǐn)?shù)達(dá)到50%時(shí)對(duì)應(yīng)的粒徑值，又名中值粒徑、中位徑。電池正極對(duì)原材料的粒徑要求波動(dòng)范圍較大，一般在1-20μm之間。具體指標(biāo)主要受到材料種類(lèi)和工藝要求的雙重限制。負(fù)極材料的粒徑對(duì)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(shí)，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(shì)，目前甚至需要達(dá)到亞微米甚至納米級(jí)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(huì)受到電池材料粒度的影響， 而在各種粒度檢測(cè)方法中，激光粒度儀因具有操作簡(jiǎn)便、可測(cè)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(chǎng)的青睞。在激光粒度儀的各類(lèi)技術(shù)指標(biāo)中，“分辨能力”對(duì)于電池材料的檢測(cè)有著極為重要的意義。分辨能力是指激光粒度儀對(duì)樣品中不同粒徑之間的區(qū)分能力。這種能力對(duì)電池材料的檢測(cè)非常重要，例如，過(guò)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(chǔ)鋰容量就會(huì)比較小，而分辨能力高的激光粒度儀，就能較容易地檢測(cè)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(píng)估激光粒度儀分辨能力的方法有很多，最常見(jiàn)的就是測(cè)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(cè)試結(jié)果是否能滿(mǎn)足真實(shí)的差異。目前在市場(chǎng)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(jì)、高精度的模數(shù)轉(zhuǎn)換及反演計(jì)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(lái)越為鋰電行業(yè)所重視。