锂离子电池负极材料粒度分布要求

2022-10-18 11:19:38, 欧美克仪器珠海欧美克仪器有限公司

锂离子电池具有能量密度高、循环寿命长、自放电小、无记忆效应和环境友好等众多优点，已经在消费电子、电动工具、电动汽车、规模储能等领域中获得了广泛地应用，并呈现出快速增长趋势。

负极材料作为锂离子电池的重要电极材料，我国陆续颁布了多项相关国家标准，对负极材料的实际生产和应用起到了指导性作用。其中，粒度分布作为负极材料的一项重要理化指标，直接影响电池的制浆工艺以及体积能量密度，主要体现在以下几个方面：

粒度分布影响体积能量密度

负极材料的颗粒大小应当具有合适的粒度分布，体系中的小颗粒能够填充在大颗粒的空隙中，有助于增加极片的压实密度，从而提高电池的体积能量密度。

粒度分布影响充放电性能

负极材料的颗粒越小，锂离子嵌入时所需要克服的范德华力也就越小，嵌入越容易进行，而且颗粒越小，锂离子嵌入和脱出的通道越短，越有利于快速达到充分嵌锂状态，从而具有更好的充放电性能。

粒度分布影响循环性能

实验表明，颗粒越小的石墨负极有较大的初次容量，但不可逆容量也较大；随着粒径增大，初次充放电容量降低，不可逆容量减少。同时，石墨颗粒越小，与电解液接触的比表面积越大，初次充放电过程中形成的SEI膜所消耗的电荷就越多，不可逆容量损失也就越大。因此，合理的粒度分布不仅能够提升锂离子电池的初次容量和初次效率，而且能够提升锂离子电池的循环性能。

粒度分布影响生产工艺

负极材料的粒度分布会直接影响电池的制浆和涂布工艺。在相同的体积填充份数情况下，材料的粒径越大，粒度分布越宽，浆料的黏度就越小，这有利于提高固含量，减小涂布难度。

▲ 颗粒的粒径以及分布宽度对浆料黏度的影响

材料的粒度分布通常可由激光衍射粒度分析仪和纳米颗粒分析仪测出，材料粒度分布的特征参数主要有D10、D50、D90和Dmax。材料粒度分布宽度可用(D90-D10)/D50求得，比值越大，分布越宽。如下现行国家标准对锂电池负极材料粒度分布要求规定如下：

GB∕T 24533-2019 锂离子电池石墨类负极材料

▲ 表1 典型天然石墨类锂离子电池负极材料粒度分布指标

▲ 表2 典型人造石墨类锂离子电池负极材料粒度分布指标

▲ 表3 典型复合石墨类锂离子电池负极材料粒度分布指标

GB/T 38887-2020 球形石墨

▲ 表4 典型Ⅰ级球形石墨粒度分布指标

▲ 表5 典型Ⅱ级球形石墨粒度分布指标

▲ 表6 典型Ⅲ级球形石墨粒度分布指标

GB/T 37592-2019 中间相炭微球

▲ 表7 中间相炭微球粒度分布指标

GB/T 38824-2020 软炭

▲ 表8 软炭粒度分布指标

GBT 38823-2020 硅炭

▲ 表9 硅炭粒度分布指标

GB/T 30836-2014 锂离子电池用钛酸锂及其炭复合负极材料

▲ 表10 锂离子电池用钛酸锂及其炭复合负极材料粒度分布指标

随着锂离子电池的高速发展，新材料、新工艺不断涌现，锂离子电池负极材料种类也会越来越多，粒度分布要求也会发生相应变化。同时，不同品牌的粒度仪产品由于光学结构、电子元件、数据模型、产品质量等差异，往往导致测试结果并不完全相同，这就需要电池材料厂家和电芯厂家根据实际质控要求选择合适的粒度仪和设置合适的质控目标。作为专业的粒度仪厂家，珠海欧美克仪器有限公司建议您从仪器的动态测量范围、分辨率、重复性、重现性、真实性、易操作性及厂家的服务保障能力、行业口碑几个方面选择合适的粒度仪。

● 测试范围：0.02-2000μm（湿法）0.1-2000μm（干法）

● 重复性：优于0.5%（标样D50偏差）

● 准确性：优于0.6%（标样D50偏差）

▲ 欧美克Topsizer 激光粒度分析仪

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欧美克Topsizer激光粒度分析仪采用密闭式单镜头前置傅里叶直线光路设计，可接收颗粒在空间中的所有角度的汇聚散射光，在减少粉尘污染干扰同时，避免了多余反射光学部件（如多镜头）造成的杂散光，可以进一步降低仪器工作时的背景噪声至极低水平，提高了仪器测量时的信噪比，可以对负极材料的各个粒径组分（级配）进行准确的定量分析。Topsizer粒度仪选用具有较长焦距的傅立叶透镜，这样增加了测量窗口到光电探测器平面的距离，从而使光电探测器能够准确探测到更小散射角度的散射光信号，极大增强了仪器对少量大颗粒的测试能力。

参考文献

【1】沈兴志，珠海欧美克仪器有限公司，高性能激光粒度分析仪在电池材料测试中的应用。

【2】珠海欧美克仪器有限公司，激光粒度分析仪在锂离子电池行业中的应用。

【3】苏玉长，刘建永，禹萍，邹启凡，中南大学材料与工程学院，粒度对石墨材料电化学性能的影响。

【4】旺材锂电，锂离子电池负极材料标准最全解读。

【5】中国粉体网，粒度对负极材料有什么影响？

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