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    【熱點應用】負極電池材料的粒度粒形表征(下)

    更新時間:2023-12-04       點擊次數:620

    本文摘要

    本文記錄了Masterziser 3000激光粒度儀和Morphologi-4全自動粒度粒形分析儀對負極材料進行粒度粒形測試的過程,并提供了解決石墨樣品分散漂浮和細粉不穩定等典型問題的解決辦法。此外,還根據樣品粒形測試的結果對電池負極材料球形度對電池質量的影響進行了闡述。全文分為兩篇,此為下篇。


    實驗背景

    上篇介紹了Mastersizer3000激光粒度儀對石墨負極材料粒度測量,以及針對其測量中的典型應用問題所提供的解決方案。那么,天然石墨和人造石墨有什么區別,以及二者區別在電池負極應用中的影響又是什么呢?本篇我們將繼續利用Morphologi-4的自動成像分析方法為大家解讀。


    負極材料粒形測試與結果分析

    上篇介紹到可以使用Morphologi-4 全自動粒度粒形分析儀對負極材料中粒度結果不穩定的小顆粒進行進一步粒度粒形的測量。

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    但其實,M4全自動粒度粒形分析儀更重要的功能是通過自動掃描,獲得有統計意義的顆粒圖像(典型數量>20000顆),通過幾十種形狀參數對顆粒形狀數值化描述,并得到粒形分布圖,以獲得更多關于顆粒的信息。


    這樣,即使等效粒徑分布差別不大的樣品,能夠從形狀參數的差異進行分辨,解讀電池材料在流動性,反應活度,填充密度等性能上存在差異的原因。

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    圖7 M4軟件對形狀參數對顆粒進行數值化描述


    實際生產中,電池材料都會制備成電池漿料來使用。其顆粒形狀越不規則、顆粒表面越不光滑,就會造成顆粒摩擦和聯鎖作用的增加,靜止粘度和剪切粘度都比球形顆粒要高,尤其是將顆粒制成高固含量的漿料時,不規則顆粒粘度的增加更顯著。

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    圖8 顆粒形狀和粘度的關系曲線


    例如,下圖中兩種石墨顆粒具有相似的粒度,但使用Morphologi 4全自動粒度粒形分析儀對兩種樣品進行分析并統計了它們的球形度分布,發現有很大差異。

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    圖9 人造石墨和天然石墨的球形度差異


    從球形度分布圖和縮略圖中看出,人造石墨A表面光滑,大部分顆粒接近球形;天然石墨B表面粗糙不規則,球形度分布也寬。由于顆粒摩擦和聯鎖作用的增加,以及流體繞過顆粒所需的額外流動能量,當使用后者制成高濃度電池漿料后,大量不規則形狀顆粒的存在將導致漿體粘度更高。這可能會增加靜止時的沉積阻力(低剪切過程),并導致涂層上更厚的電極膜(高剪切過程),從而導致離子傳輸速率變化,最 終影響電池壽命(充電周期時間)。


    結論

    綜上所述,在電池負極材料的質量控制中,電池材料顆粒的形狀,尤其是球形度,對電池漿料的粘度影響極大,不規則的形狀會導致漿料粘度急劇上升,從而導致漿料的不均勻和涂布困難,影響成膜厚度和離子傳輸速度,最 終影響電池的壽命。



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