激光粒度仪在锂电池正极材料粒度检测中的作用

        随着新能源汽车产业和智能穿戴设备等行业的迅速发展,锂电池正极材料的研发和生产逐渐成为国内外关注的焦点话题。其中开发具备高容量、长循环,兖州全性能和价格低廉等优点的锂离子电池正极材料已成为电池行业的主流,并且正处于高速发展的状态。据统计,2021年1月初,锂离子电池在汽车行业处于满产排产状态,发展潜力巨大,前景广阔。

        常用的锂离子电池正极材料有磷酸铁锂、钴酸锂、碳酸锂和高镍三元材料等,它们的粒径分布是影响电池性能的关键因素,其粒度分布可优化锂电池的能量和功率。兴发187娱乐实验室采用Bettersize2600激光粒度仪检测了5种磷酸铁锂样品,它们的粒度分布如下:

图1 磷酸铁锂颗粒的粒度分布

表1
样品 D10(μm) D50(μm) D90(μm)
A 0.388 1.057 3.126
B 0.370 0.991 2.790
C 0.387 0.956 2.970
D 0.973 4.228 11.150
E 0.985 10.190 18.330

        图1中,磷酸铁锂A、B和C的粒度分布相差较小,粒径也较细,D的粒度较大,E的粒度最大。粒径较细的磷酸铁锂颗粒比表面积较大,缩短了锂离子在电池内部的扩散路径,从而促进了锂电池电化学反应活性。但粒径过小颗粒团聚加剧,锂离子的固相扩散系数反而降低导致电池的内阻增大,部分电流在高内阻的影响下转换成热量,导致锂电池热损耗赠大,进而影响电池的容量和放电性能。

        目前,常用的磷酸铁锂分为两大类,其中一类是D50在1 μm-2.5 μm范围内的,其电化学性能最佳,有利于锂电池的有效放电量达到理想水平;另一类是D50在3.5 μm-8 μm范围内的,如上表中的样品D和E,。这类磷酸铁锂做成的电池内阻较大,热损耗增大,进而对锂电池的寿命、容量、倍率和安全等性能产生影响。

        从表1中可以看出,样品A、B、C三种的平均粒径在1 μm左右,是较为理想的指标,样品D的平均粒径在4 μm,超过理想的粒度指标,而样品E的平均粒径超过10 μm,极可能影响锂离子在电极活性材料中的固相扩散,进而降低电池的有效放电量。

        那么,用兴发187娱乐激光粒度仪测试锂电池的正极材料的适用性怎样呢?兴发187娱乐选择了一种磷酸铁锂,连续测试7次,其中D10、D50和D90的重复性分别为0.13%, 0.07% 和 0.09%,这个精度远远低于激光粒度仪国际标准ISO13320的要求。因此采用Bettersize2600激光粒度仪检测磷酸铁锂的粒度分布,其检测结果可靠性较高。

图2 同一样品的重复性