锂电池正极材料粒径检测
随着新能源、电动车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正蓬勃发展，高容量、更耐用、高安全性能、价格更低廉等优点的锂离子电池正极材料，更是业界专注的重点。
电池正极材料一般以钴酸锂(LCO)、三元材料(NCM)、锰酸锂(LMO)和磷酸铁锂(LFP)为主，固态电池也正在发展。这些材料的粒径尺寸分布，是影响电池充放电性能的关键因素，理想的粒径分布，可优化锂电池的能量和功率。因此，无论在研发或生产阶段，测量正极材料粒径尺寸分布，至关重要。
本文以“Bettersizer 2600先进干湿两用雷射粒径分析仪”，检测5种磷酸锂铁样品。
Bettersizer 2600 粒径分析仪
正极材料粒径分布实测
实际量测後，获得以下粒径分布结果：
表1 五种样品平均粒径分布
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样品 |
D10(μm) |
D50(μm) |
D90(μm) |
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A |
0.388 |
1.057 |
3.126 |
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B |
0.370 |
0.991 |
2.790 |
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C |
0.387 |
0.956 |
2.970 |
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D |
0.973 |
4.228 |
11.150 |
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E |
0.985 |
10.19 |
18.330 |
在图1中，磷酸锂铁A、B和C的粒径分布相差较小，粒径也较小，D的粒径较大，E的粒径最大。粒径较小的磷酸锂铁颗粒，其比表面积较大，因而缩短锂离子在电池内部的扩散路径，同时加强锂电池电化学反应活性。但粒径过小的材料，其颗粒团聚加剧，锂离子的固相扩散系数，反而因此降低，并导致电池的内阻增大。部分电流在高内阻的影响下，会转换成热量，导致锂电池热损耗增大，而影响电池的容量和放电性能。
粒径分布影响正极材料性能
当前，常用的磷酸锂铁正极材料，其D50粒径，多半在1 μm-2.5 μm范围内，这类的材料，其电化学性能最佳，有利于锂电池的有效放电量，达到理想水准；而少数 D50粒径在3.5 μm-8 μm范围内的磷酸锂铁材料，如上表中的样品D和E，以其制成的电池内阻较大，热损耗大，因而影响锂电池的寿命、蓄电容量、充放电速率，且容易生成安全疑虑。
如同表1的测量结果，样品A、B、C三种的平均粒径在1 μm左右，而样品D的平均粒径在4 μm，样品E的则超过10 μm。以样品E粒径超标的正极材料，会造成锂离子在电极活性材料中的固相扩散，会提高电池内阻，并降低电池的有效充电量。
电池材料检测需要一部可靠的粒径分析仪
下图2 是以“Bettersizer 2600先进干湿两用雷射粒径分析仪”测试同样正极材料A，量测7次的结果，D10、D50和D90的重复性分别为 0.13%, 0.07% 和 0.09%，远远低于雷射粒径分析仪，国际标准ISO13320的<3% 与 <5% 要求。
使用 Bettersize2600雷射粒径分析仪，来检测磷酸锂铁正极材料的粒径分布，可获得更可靠的结果，加速研发时程，减少产线因为测量问题造成的延误。
结论
锂离子电池正极材料的粒径分布对影响电池性能至关重要。对于固定的负极材料和电池尺寸，可以调整正极材料的粒径分布，以优化锂电池的能量和功率。 为了实现高储能、稳定性和安全性能，需要严格控制锂电池正极材料的粒径分布。 因此，电池产业的制造商或相关的研究者，可使用 Bettersizer 2600 粒径分析仪，来测量电极材料的粒径分布，提高您的研究、生产效率。
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