歐美克｜鋰離子電池負極材料粒度分布要求

鋰離子電池具有能量密度高、循環(huán)壽命長、自放電小、無記憶效應和環(huán)境友好等眾多優(yōu)點，已經(jīng)在消費電子、電動工具、電動汽車、規(guī)模儲能等領域中獲得了廣泛地應用，并呈現(xiàn)出快速增長趨勢。

負極材料作為鋰離子電池的重要電極材料，我國陸續(xù)頒布了多項相關國家標準，對負極材料的實際生產和應用起到了指導性作用。其中，粒度分布作為負極材料的一項重要理化指標，直接影響電池的制漿工藝以及體積能量密度，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

粒度分布影響體積能量密度

負極材料的顆粒大小應當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

負極材料的顆粒越小，鋰離子嵌入時所需要克服的范德華力也就越小，嵌入越容易進行，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

實驗表明，顆粒越小的石墨負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，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。

粒度分布影響生產工藝

負極材料的粒度分布會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)行國家標準對鋰電池負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極材料

▲ 表1  典型天然石墨類鋰離子電池負極材料粒度分布指標

▲ 表2  典型人造石墨類鋰離子電池負極材料粒度分布指標

▲ 表3  典型復合石墨類鋰離子電池負極材料粒度分布指標

GB/T 38887-2020 球形石墨

▲ 表4  典型Ⅰ級球形石墨粒度分布指標

▲ 表5  典型Ⅱ級球形石墨粒度分布指標

▲ 表6  典型Ⅲ級球形石墨粒度分布指標

GB/T 37592-2019 中間相炭微球

▲ 表7 中間相炭微球粒度分布指標

GB/T 38824-2020 軟炭

▲ 表8 軟炭粒度分布指標

GBT 38823-2020 硅炭

▲ 表9 硅炭粒度分布指標

GB/T 30836-2014 鋰離子電池用鈦酸鋰及其炭復合負極材料

▲ 表10 鋰離子電池用鈦酸鋰及其炭復合負極材料粒度分布指標

隨著鋰離子電池的高速發(fā)展，新材料、新工藝不斷涌現(xiàn)，鋰離子電池負極材料種類也會越來越多，粒度分布要求也會發(fā)生相應變化。同時，不同品牌的粒度儀產品由于光學結構、電子元件、數(shù)據(jù)模型、產品質量等差異，往往導致測試結果并不完全相同，這就需要電池材料廠家和電芯廠家根據(jù)實際質控要求選擇合適的粒度儀和設置合適的質控目標。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態(tài)測量范圍、分辨率、重復性、重現(xiàn)性、真實性、易操作性及廠家的服務保障能力、行業(yè)口碑幾個方面選擇合適的粒度儀。

●  測試范圍：0.02-2000μm（濕法）0.1-2000μm（干法）

●  重復性：優(yōu)于0.5%（標樣D50偏差）

●  準確性：優(yōu)于0.6%（標樣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計，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，避免了多余反射光學部件（如多鏡頭）造成的雜散光，可以進一步降低儀器工作時的背景噪聲至極低水平，提高了儀器測量時的信噪比，可以對負極材料的各個粒徑組分（級配）進行準確的定量分析。Topsizer粒度儀選用具有較長焦距的傅立葉透鏡，這樣增加了測量窗口到光電探測器平面的距離，從而使光電探測器能夠準確探測到更小散射角度的散射光信號，極大增強了儀器對少量大顆粒的測試能力。

參考文獻

【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試中的應用。

【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)中的應用。

【3】蘇玉長，劉建永，禹萍，鄒啟凡，中南大學材料與工程學院，粒度對石墨材料電化學性能的影響。

【4】旺材鋰電，鋰離子電池負極材料標準最全解讀。

【5】中國粉體網(wǎng)，粒度對負極材料有什么影響？

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