鋰電池是指能使鋰離子嵌入/脫嵌的化合物為正、負(fù)極的可循環(huán)使用的，由鋰金屬或鋰合金為材料、使用非水電解質(zhì)溶液的電池。是二次電池技術(shù)中能量密度ZG、綜合性能Z 好的電池。

鋰電池工作原理較簡單，在充放電過程中，鋰離子在正負(fù)兩極及電解液之間定向運(yùn)動。鋰電池主要是由四部分構(gòu)成的：正極、負(fù)極、隔膜、電解液。其性能主要取決于電極材料和電解液的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，尤其是電極材料的質(zhì)量。

鋰電池工藝控制關(guān)鍵點(diǎn)

在電池生產(chǎn)工藝過程中，漿料的制備過程以及漿料的涂布過程是整個工藝過程的基礎(chǔ)，直接決定電池的性能和產(chǎn)品質(zhì)量。這兩道工藝非常關(guān)鍵，它們又涉及到粉末顆粒和懸浮液流體，因此漿料的顆粒特性對電池加工過程具有重要的影響，工藝過程中，漿料內(nèi)部的顆粒分布與特性與工藝過程的相互影響，ZZ決定質(zhì)量和性能的優(yōu)劣。

鋰電池粒徑控制的重要性

鋰離子電池的充放電過程是一種離子穿越相界面的過程。因而鋰離子電池的正負(fù)極材料的顆粒大小和形貌直接影響著鋰離子的擴(kuò)散系數(shù)和顆粒表面發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)。顆粒越小，形貌越規(guī)整，鋰離子擴(kuò)散的路徑就越短，鋰離子的擴(kuò)散系數(shù)就越大；同時(shí)顆粒的比表面積也就越大，顆粒表面的電化學(xué)反應(yīng)就越充分、越迅速，因而也就使正極材料的電化學(xué)性能更好地發(fā)揮出來。

另外顆粒的大小和形貌也直接影響著材料的密度。因此我們需要控制鋰電池材料的顆粒形貌、粒度及其分布，來得到的真實(shí)密度和電化學(xué)性能更優(yōu)異的正負(fù)極材料。

活性物質(zhì)顆粒的粒徑、形貌、含量，以及各組分之間的相互作用等都會對漿料特性有影響，從而形成不同的涂布加工性能和ZZ電池性能的差異。而涂布過程由漿料特性、涂布工藝參數(shù)、設(shè)備結(jié)構(gòu)等參數(shù)的控制。漿料的好壞對涂布加工起到?jīng)Q定性影響，比如涂層的厚度均勻性、邊緣效應(yīng)等都和漿料有關(guān)。涂布厚度及其均一性影響鋰離子在活性物質(zhì)中的嵌入和脫出。例如負(fù)極面密度較厚不均一, 因此充電過程中各處極化大小不同, 就有可能發(fā)生金屬鋰在負(fù)極表面局部沉積。

此外,使用條件不當(dāng)也會引起電池的短路,低溫條件下,由于鋰離子的沉積速度大于嵌入速度,從而導(dǎo)致金屬鋰沉積在電極表面引起短路。因此,控制好正負(fù)極材料的比例，控制粒徑大小，增強(qiáng)涂布的均勻性等是防止鋰枝晶形成的關(guān)鍵。

另一方面，鋰離子電池安全性問題是個復(fù)雜的綜合性問題。電池安全性ZD的隱患是電池隨機(jī)發(fā)生的內(nèi)短路，產(chǎn)生現(xiàn)場失效，引發(fā)熱失控。所以開發(fā)和使用熱穩(wěn)定性高的材料是將來改善鋰離子電池安全性能的根本途徑和努力的方向。

目前國內(nèi)鋰電池企業(yè)已經(jīng)從原來一味的追求電池容量變成對整體性能的追求，開始對一致性以及電池的安全性投入更深入的研究。為了滿足更高的要求，傳統(tǒng)的粒度檢測手段已經(jīng)不能滿足目前的研究需求。

如何用PSS解決鋰電池粒徑控制問題

1.負(fù)極材料尾端大顆粒

前面我們提到負(fù)極材料的涂布厚度不均一很容易造成各處極化大小不同，導(dǎo)致金屬鋰在負(fù)極表面沉積，負(fù)極涂布厚度相較正極又很纖薄，故而大粒子的存在很容易造成涂布不均勻。為了獲得GX，真實(shí)的顆粒分布情況，我們使用基于單顆粒光學(xué)傳感技術(shù)的光阻法（SPOS）對負(fù)極材料的尾端顆粒進(jìn)行分析檢測，從而獲得真實(shí)的尾端粒徑分布及數(shù)量。

區(qū)別與傳統(tǒng)的激光衍射儀檢測結(jié)果的D99值等，SPOS技術(shù)可以一顆顆數(shù)出每一顆通過的顆粒，識別出這顆顆粒的粒徑，從而獲得Z真實(shí)的尾端顆粒結(jié)果，下圖是過篩前后的某種負(fù)極材料的結(jié)果，藍(lán)色為過篩前，紅色為過篩后，基于SPOS技術(shù)，可以準(zhǔn)確獲得是否成功去除影響涂布的尾端大顆粒。

圖1：某負(fù)極材料過篩前后對比

2.電解液雜質(zhì)

傳統(tǒng)電解液雜質(zhì)檢測的目光主要集中在水，氟化氫，有機(jī)酸、醇、醛、酮、酰胺類物質(zhì)，鐵、鎳、鋁等金屬雜質(zhì)離子。對于雜質(zhì)顆粒的重視程度很低，僅進(jìn)行澄明度檢測。但隨著工藝的升級，目前日本鋰電池企業(yè)已經(jīng)要求電解液供應(yīng)商需提供雜質(zhì)顆粒濃度報(bào)告，國內(nèi)的廠商也開始關(guān)注并跟進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)的升級。同樣通過SPOS技術(shù)的技術(shù)手段，我們可以對電解液中的雜質(zhì)顆粒進(jìn)行準(zhǔn)確檢測，并且對于生產(chǎn)中的每一個環(huán)節(jié)進(jìn)行監(jiān)控，從而減少外源污染，保證產(chǎn)品質(zhì)量。

一方面對不同工藝、配方的產(chǎn)品進(jìn)行分析，觀察生產(chǎn)、儲存、運(yùn)輸過程中雜質(zhì)顆粒的產(chǎn)生的差異，進(jìn)一步確認(rèn)產(chǎn)品的穩(wěn)定性。另一方面我們對濾芯、外包裝進(jìn)行檢測分析，保證濾芯活化足夠，包裝潔凈。

圖2：過濾前后電解液雜質(zhì)顆粒檢測結(jié)果

圖2展示的是一款電解液過濾前后的顆粒含量，傳統(tǒng)上認(rèn)為過濾即潔凈，其實(shí)濾芯本身也有攔截效率和活化的概念，正確使用才能確保質(zhì)量可靠。

3.納米材料

納米材料的檢測一般使用動態(tài)光散射法即可，但是往往看似相同粒徑的產(chǎn)品卻在品質(zhì)上存在巨大差別，就是因?yàn)橐话愕募{米粒度儀僅提供平均粒徑和累積分布，無法判斷尾端大顆粒的存在，導(dǎo)致分析不到真正的粒徑差異。

下圖是同樣兩個粒徑的產(chǎn)品，乍一看粒徑分布相似，沒有太大差異，但是通過Nicomp多峰分布和超聲的進(jìn)行，樣品1的尾端大顆粒顯現(xiàn)并且逐漸解開團(tuán)聚，樣品2則一直保持穩(wěn)定，未出現(xiàn)太大變化。

圖3：納米材料粒徑分析

總結(jié)

美國PSS致力于為電池行業(yè)提供更深入的粒徑檢測方案。