激光粒度儀在鋰電池正極材料粒度檢測中的作用

隨著新能源汽車產(chǎn)業(yè)和智能穿戴設(shè)備等行業(yè)的迅速發(fā)展，鋰電池正極材料的研發(fā)和生產(chǎn)逐漸成為國內(nèi)外關(guān)注的焦點話題。其中開發(fā)具備高容量、長循環(huán)，高安全性能和價格低廉等優(yōu)點的鋰離子電池正極材料已成為電池行業(yè)的主流，并且正處于高速發(fā)展的狀態(tài)。據(jù)統(tǒng)計，2021年1月初，鋰離子電池在汽車行業(yè)處于滿產(chǎn)排產(chǎn)狀態(tài)，發(fā)展?jié)摿薮螅熬皬V闊。 

常用的鋰離子電池正極材料有磷酸鐵鋰、鈷酸鋰、碳酸鋰和高鎳三元材料等，它們的粒徑分布是影響電池性能的關(guān)鍵因素，其粒度分布可優(yōu)化鋰電池的能量和功率。百特實驗室采用Bettersize2600激光粒度儀檢測了5種磷酸鐵鋰樣品，它們的粒度分布如下： 

圖1 磷酸鐵鋰顆粒的粒度分布

表1

圖1中，磷酸鐵鋰A、B和C的粒度分布相差較小，粒徑也較細(xì)，D的粒度較大，E的粒度最大。粒徑較細(xì)的磷酸鐵鋰顆粒比表面積較大，縮短了鋰離子在電池內(nèi)部的擴散路徑，從而促進了鋰電池電化學(xué)反應(yīng)活性。但粒徑過小顆粒團聚加劇，鋰離子的固相擴散系數(shù)反而降低導(dǎo)致電池的內(nèi)阻增大，部分電流在高內(nèi)阻的影響下轉(zhuǎn)換成熱量，導(dǎo)致鋰電池?zé)釗p耗贈大，進而影響電池的容量和放電性能。

目前，常用的磷酸鐵鋰分為兩大類，其中一類是D50在1 μm-2.5 μm范圍內(nèi)的，其電化學(xué)性能最佳，有利于鋰電池的有效放電量達(dá)到理想水平；另一類是D50在3.5 μm-8 μm范圍內(nèi)的，如上表中的樣品D和E,。這類磷酸鐵鋰做成的電池內(nèi)阻較大，熱損耗增大，進而對鋰電池的壽命、容量、倍率和安全等性能產(chǎn)生影響。

從表1中可以看出，樣品A、B、C三種的平均粒徑在1 μm左右，是較為理想的指標(biāo)，樣品D的平均粒徑在4 μm，超過理想的粒度指標(biāo)，而樣品E的平均粒徑超過10 μm，極可能影響鋰離子在電極活性材料中的固相擴散，進而降低電池的有效放電量。

那么，用百特激光粒度儀測試鋰電池的正極材料的適用性怎樣呢？我們選擇了一種磷酸鐵鋰，連續(xù)測試7次，其中D10、D50和D90的重復(fù)性分別為0.13%, 0.07% 和 0.09%，這個精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于激光粒度儀國際標(biāo)準(zhǔn)ISO13320的要求。因此采用Bettersize2600激光粒度儀檢測磷酸鐵鋰的粒度分布，其檢測結(jié)果可靠性較高。

圖2 同一樣品的重復(fù)性

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