鋰電池正極材料粒徑檢測

隨著新能源、電動車和智慧穿戴設備等行業的迅速發展，鋰電池正極材料的研發和生產正蓬勃發展，高容量、更耐用、高安全性能、價格更低廉等優點的鋰離子電池正極材料，更是業界專注的重點。

電池正極材料一般以鈷酸鋰(LCO)、三元材料(NCM)、錳酸鋰(LMO)和磷酸鐵鋰(LFP)為主，固態電池也正在發展。這些材料的粒徑尺寸分佈，是影響電池充放電性能的關鍵因素，理想的粒徑分佈，可優化鋰電池的能量和功率。因此，無論在研發或生產階段，測量正極材料粒徑尺寸分佈，至關重要。

本文以「Bettersizer 2600先進乾濕兩用雷射粒徑分析儀」，檢測5種磷酸鋰鐵樣品。

Bettersizer 2600 粒徑分析儀

正極材料粒徑分佈實測

實際量測後，獲得以下粒徑分佈結果：

 表1 五種樣品平均粒徑分佈

在圖1中，磷酸鋰鐵A、B和C的粒徑分佈相差較小，粒徑也較小，D的粒徑較大，E的粒徑最大。粒徑較小的磷酸鋰鐵顆粒，其比表面積較大，因而縮短鋰離子在電池內部的擴散路徑，同時加強鋰電池電化學反應活性。但粒徑過小的材料，其顆粒團聚加劇，鋰離子的固相擴散係數，反而因此降低，並導致電池的內阻增大。部分電流在高內阻的影響下，會轉換成熱量，導致鋰電池熱損耗增大，而影響電池的容量和放電性能。

粒徑分佈影響正極材料效能

目前，常用的磷酸鋰鐵正極材料，其D50粒徑，多半在1 μm-2.5 μm範圍內，這類的材料，其電化學性能最佳，有利於鋰電池的有效放電量，達到理想水準；而少數 D50粒徑在3.5 μm-8 μm範圍內的磷酸鋰鐵材料，如上表中的樣品D和E，以其製成的電池內阻較大，熱損耗大，因而影響鋰電池的壽命、蓄電容量、充放電速率，且容易產生安全疑慮。

如同表1的測量結果，樣品A、B、C三種的平均粒徑在1 μm左右，而樣品D的平均粒徑在4 μm，樣品E的則超過10 μm。以樣品E粒徑超標的正極材料，會造成鋰離子在電極活性材料中的固相擴散，會提高電池內阻，並降低電池的有效充電量。

電池材料檢測需要一部可靠的粒徑分析儀

下圖2 是以「Bettersizer 2600先進乾濕兩用雷射粒徑分析儀」測試同樣正極材料A，量測7次的結果，D10、D50和D90的重複性分別為 0.13%, 0.07% 和 0.09%，遠遠低於雷射粒徑分析儀，國際標準ISO13320的<3% 與 <5% 要求。

使用 Bettersize2600雷射粒徑分析儀，來檢測磷酸鋰鐵正極材料的粒徑分佈，可獲得更可靠的結果，加速研發時程，減少產線因為測量問題造成的延誤。

結論

鋰離子電池正極材料的粒徑分佈對影響電池性能至關重要。對於固定的負極材料和電池尺寸，可以調整正極材料的粒徑分佈，以優化鋰電池的能量和功率。 為了實現高儲能、穩定性和安全性能，需要嚴格控制鋰電池正極材料的粒徑分佈。 因此，電池產業的製造商或相關的研究者，可使用 Bettersizer 2600 粒徑分析儀，來測量電極材料的粒徑分佈，提高您的研究、生產效率。

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