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【熱點(diǎn)應(yīng)用】負(fù)極電池材料的粒度粒形表征(下)

更新時(shí)間:2023-12-04       點(diǎn)擊次數(shù):1130

本文摘要

本文記錄了Masterziser 3000激光粒度儀和Morphologi-4全自動(dòng)粒度粒形分析儀對(duì)負(fù)極材料進(jìn)行粒度粒形測(cè)試的過(guò)程,并提供了解決石墨樣品分散漂浮和細(xì)粉不穩(wěn)定等典型問(wèn)題的解決辦法。此外,還根據(jù)樣品粒形測(cè)試的結(jié)果對(duì)電池負(fù)極材料球形度對(duì)電池質(zhì)量的影響進(jìn)行了闡述。全文分為兩篇,此為下篇。


實(shí)驗(yàn)背景

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


負(fù)極材料粒形測(cè)試與結(jié)果分析

上篇介紹到可以使用Morphologi-4 全自動(dòng)粒度粒形分析儀對(duì)負(fù)極材料中粒度結(jié)果不穩(wěn)定的小顆粒進(jìn)行進(jìn)一步粒度粒形的測(cè)量。

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但其實(shí),M4全自動(dòng)粒度粒形分析儀更重要的功能是通過(guò)自動(dòng)掃描,獲得有統(tǒng)計(jì)意義的顆粒圖像(典型數(shù)量>20000顆),通過(guò)幾十種形狀參數(shù)對(duì)顆粒形狀數(shù)值化描述,并得到粒形分布圖,以獲得更多關(guān)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(shù)的差異進(jìn)行分辨,解讀電池材料在流動(dòng)性,反應(yīng)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(duì)形狀參數(shù)對(duì)顆粒進(jìn)行數(shù)值化描述


實(shí)際生產(chǎn)中,電池材料都會(huì)制備成電池漿料來(lái)使用。其顆粒形狀越不規(guī)則、顆粒表面越不光滑,就會(huì)造成顆粒摩擦和聯(lián)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(shí),不規(guī)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(guān)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(dòng)粒度粒形分析儀對(duì)兩種樣品進(jìn)行分析并統(tǒng)計(jì)了它們的球形度分布,發(fā)現(xiàn)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(guī)則,球形度分布也寬。由于顆粒摩擦和聯(lián)鎖作用的增加,以及流體繞過(guò)顆粒所需的額外流動(dòng)能量,當(dāng)使用后者制成高濃度電池漿料后,大量不規(guī)則形狀顆粒的存在將導(dǎo)致漿體粘度更高。這可能會(huì)增加靜止時(shí)的沉積阻力(低剪切過(guò)程),并導(dǎo)致涂層上更厚的電極膜(高剪切過(guò)程),從而導(dǎo)致離子傳輸速率變化,最 終影響電池壽命(充電周期時(shí)間)。


結(jié)論

綜上所述,在電池負(fù)極材料的質(zhì)量控制中,電池材料顆粒的形狀,尤其是球形度,對(duì)電池漿料的粘度影響極大,不規(guī)則的形狀會(huì)導(dǎo)致漿料粘度急劇上升,從而導(dǎo)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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