仪器网（yiqi.com）欢迎您！

负极材料作为锂离子电池的核心材料，对锂离子电池的能量密度、充放电性能、循环性能、生产工艺等起着至关重要的作用。负极材料的主要技术指标包括粒度、比表面积、振实密度、真密度、灰分、pH值等。其中，粒度分布作为负极材料的重要技术指标，它还影响比表面积和振实密度，从而影响锂离子电池的生产工艺和综合性能。

一、粒度分布对锂离子电池性能的影响

负极材料的粒度分布主要从以下几个方面影响锂离子电池的生产工艺和性能：

1、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。

2、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。

3、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。

4、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

二、负极材料对粒度的要求

在负极材料相关的标准中，对材料颗粒的粒度分布提出明确的要求，具体如下：
三、欧美克高性能激光粒度分析仪如何满足锂离子电池材料粒度检测要求

负极材料的研发、生产及来料检验普遍采用激光粒度分析仪进行粒度检测，选择高性能的激光粒度仪是获得准确粒度分布信息的重要保证。对于一款高性能的激光粒度分析仪，往往采用合理的光学结构、高性能的光电元器件以及科学的反演模型，从而体现出良好的重复性、重现性、真实性、分辨率等测试性能。

珠海欧美克仪器有限公司从1993年开始从事激光粒度分析仪的研发、生产和应用，积累了丰富的激光粒度分析仪研发、生产和应用经验。从1999年开始，欧美克激光粒度分析仪系列产品在锂离子电池研发、生产领域逐步获得行业认可。下面，从几个小案例管中窥豹，看看欧美克如何匠心智造每一款产品，又是如何站在行业应用的角度为用户提供粒度解决方案的。
1、大角散射光的球面接收技术（DAS）的应用确保散射光能信息的准确获取

对少量的大/小颗粒及样品各个粒径组分的准确识别，需要仪器制造商在无盲区光学设计、高精度元器件、装配工艺、算法及软件智能控制上不断优化，提高产品分辨能力。例如早先的激光粒度仪将多个光电转换元件探测通道放置在一块或两块平面上，然而傅立叶透镜的聚焦面通常呈弧形分布，平面布置的探测器很难将所有角度的散射光能信息都准确地聚焦获取。以欧美克LS-609型激光粒度分析仪为例，在散射光能探测器的设计时，将常见的失焦影响较大的多个大角探测器通道以分个独立的方式放置在与其散射角相对应的傅立叶透镜焦点位置，保证所有散射光角度的信号都是无混杂的，提高了散射光分布角度分辨能力。与此同时，各个独立的探测器有利于在探测器上布置杂散光屏蔽装置，同时也防止了散射光在不同探测器上的相互干扰，进一步降低系统的噪声，提高细微差异的分辨能力。
大角散射光的球面接收技术（DAS）

2、优良的测试性能准确反映出测试样品的细微差别

（1）Topsizer对粉体材料的大、小颗粒具有高超的分辨能力

欧美克Topsizer激光粒度分析仪测试含有少量大颗粒的石墨原材料的粒度分布图和粒度分布表如下图所示，可以看到对于体积含量在0.5%以下的极少量60-100μm的颗粒，以及体积含量在1%左右的2μm以下颗粒，均能够灵敏的检测出来其详尽的粒度分布。显示了Topsizer对粉体材料的大、小颗粒具有高超的分辨能力，对于电池产品的安全性能和容量性能有更准确的指导意义。如果对于对少量小颗粒特别关注，在软件上，甚至可以采用数量分布替代体积分布的计算方法，进一步放大小颗粒的权重，对小颗粒数量上的变化进行更易识别的测试和生产质控。但需要注意的是，对于分布较宽的样品，由于大小颗粒在尺寸上差异本身就很大，同样体积的大小颗粒的数量相差将会异常大，取样和分散测量上的少许波动会导致测试结果数量分布上较大的偏差。

下图是应用欧美克Topsizer激光粒度仪对D50为0.1μm左右的超细隔膜材料氧化铝的粒度测试粒度分布图。

（2）LS-609激光粒度仪具有优良的重现性

下图是欧美克LS-609激光粒度仪对磷酸亚铁锂3次取样分散测试粒度分布的叠加图，及特征粒径的统计结果，显示该仪器对磷酸亚铁锂的测试拥有优良的重现性。

此外，不同使用环境还可以选配不同的进样器，分析软件还具有用户分级、权限管理、数据完整性及可追溯功能，欧美克激光粒度分析仪真正做到了性能可靠、操作简单、维护量少，是值得信赖的高性能激光粒度分析仪。

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】旺材料锂电，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？

灰铸铁是一种含有碳、硅、锰等多种元素的铁合金。它的强度之所以较低，是因其中所含有的碳元素大多以片状石墨的形态存在。这些片状石墨对基体组织起严重的割裂作用。因此，传统的灰铸铁熔炼工艺是以降低含碳量来保证灰铸铁具有所要求的强度。但是，含碳量降低 会使灰铸铁的铸造性能变差，容易出现缩孔、缩松、浇不足等铸造缺陷。另外，在传统工艺中，含锰量也控制得比较低，一般在0.5%-1.0%的范围之内。

 近年来，随着铸铁凝固理论的发展，人们对锰在灰铸铁中的作用有了更深入的了解。我们根据这些新认识，特别是从“高碳当量、高强度灰铸铁”的生产工艺中受到启发，改变传统工艺中“双低一高”(即低碳、低锰、高硅)的作法，以“双高一低气高碳、高锰，低硅的配料原则来编制灰铸铁的熔炼工艺。这样做，不但提高了灰铸铁的机械性能，而且改善了铸件的壁厚敏感性，消除了缩松、热裂等铸造缺陷。

 两年多来，我们在生产中全面推广了这种新工艺，使用不良生铁生产出了水轮机、汽轮机、砖压机、出口立钻等重大产品的铸件，并解决了生产中存在多年的难题.取得了较好的经济效益。

新工艺的理论依据

 过去，由于检测手段的限制，人们在铸铁凝固研究中的ZD是研究凝固后的组织。现在，检测手段发展了，人们进而可以研究凝固过程中的组织。通过研究，发现铸铁凝固过程中的奥氏体枝晶骨架是影响铸铁性能的重要因素。形象地说，灰铸铁可以看成是一种类似钢筋混凝土的结构。奥氏体枝晶就是钢筋，共晶组织就是混凝土.金相分析证明.奥氏体枝晶是灰铸铁中的独立组成相，即使通过共析转变和共晶奥氏体结合，也仍然保持着自身的骨架形态和作用。因此，奥氏体枝晶的数量多、晶粒细小，必然使铸铁的强度提高。并且.枝晶的显微硬度越高，铸铁的强度越高。奥氏体枝晶对铸铁的性能还有如下一些影响:

1.奥氏体枝晶与铸铁的显微缩松

 铸铁的显微缩松是由于枝晶间的凝固收缩得不到补偿所致。根据铸铁凝固理论，在大多数情况下.灰铸铁的实际共晶转变过程都是在已经具有大量初生奥氏体骨架间的残余铁液中进行的。通过电子金相技术观察也发现，缩松处的奥氏体枝晶的空间形貌确实是框架结构、因此，细化奥氏体枝晶，一方面可以提高铸铁的枝晶补缩(又称过滤补缩)能力，减轻晶间缩松的倾向。另一方面。奥氏体枝晶越多、越细，骨架间残余铁液的体积被分隔得越小，继续凝固时，即使得不到足够的补缩，形成的空洞的体积也就越小.只要这些空洞小得足以不影响铸件的使用，就可以认为所得的铸件是合格的。总之，奥氏体枝晶越小，铸铁的缩松倾向越小，组织越致密。

2.　奥低体枝晶与热裂

根据铸件热裂形成机理中的强度理论，热裂的产生是在铸铁凝固过程中一定温度时(一般认为是共晶反应结束前后)，铸件收缩受阻产生的应力，大于该温度下铸铁的强度极限，这样就会形成热裂。因此，提高铸铁的高温强度，即提高奥氏体枝晶的强度，减小共晶反应区间，有助于防止热裂产生。

在研究灰铸铁断裂中发现，奥氏体枝晶有阻碍裂纹扩展的作用。裂纹遇到枝晶大多改变方向，沿枝晶外缘继续扩展。所以，细化奥氏体枝晶也有助于防止热裂产生。

另外，裂纹形成后，如果还有残余的液相被输送到裂纹处，可以使这些裂纹“愈合”。因此，铸铁的枝晶补缩能力强也有助于防止热裂产生。(摘自《电炉炼钢》)

NJ-HW878A型高频红外元素分析仪可检测的材料有：普碳钢、低合金钢、中合金钢、高合金钢、生铁、灰铸铁、球墨铸铁、耐磨铸铁、铝合金、铜合金、铁矿石、锌合金等。仪器可检测所有常规元素C、S、Mn、P、Si、Cr、Ni、Mo、Cu、Ti、Al、W、V、Nb、Fe、ΣRe、Mg、Co、Sb、As、Sn、Pb等。

                                              南京诺金高速分析仪器厂

                                                  2020年6月20日