實時監測鋰電池漿料中粒度變化

關鍵詞： 鋰電池 漿料 粒度 在線粒度儀 分散 實時監測 干濕法

應用案例：

本案例分別對鋰電池漿料中碳粉和碳漿料進行了測量分析，并進行對比。

這就需要粒度儀具備以下特質：干濕法一體、生產過程中實時動態顯示數據，可同時用于原料、成品檢驗。

測試需求：

材料結構制約著材料的性能。鋰電池漿料的均勻性、粒度大小以及均一性均制約著鋰電池性能，如鋰電池的容量及充放電速率。基于此，通過測試鋰電池漿料的粒度可分析其結構，從而優化鋰電池漿料生產過程，進一步為鋰電池性能的提升提供優化解決方案。

目前存在問題：

 1、碳材料作為鋰電池漿料中的導電物質，在鋰電池中制約著鋰電池的導電能力。而碳粉一般為石墨、碳納米管、石墨烯等納米材料，具有極大的比表面積，因而極易發生團聚現象。

2、碳粉和有機溶劑等經攪拌作用混合后，其粒徑大小及均勻性要求。

TRILOS粒度儀優點：

TRILOS粒度儀具有體積小、無需樣品前處理、干濕法一體、生產過程中實時動態顯示數據，適用于前中后檢測過程、測量結果準確可靠、簡單易用等優點。

測試過程：

A ：碳粉測試（干法）

將傳感器直接插入3個裝有不同粒徑碳粉的容器中（包括團聚體）

B：鋰電池漿料測試（濕法）

向碳粉一個樣品中加入有機溶劑，并使用分散攪拌機處理，如圖1所示。插入粒度儀觀察漿料隨時間以及不同轉速下的分散過程。

圖1   分散攪拌機用于鋰電池漿料分散。首先采用低轉速300rpm，隨后轉速升高為2000rpm，研究顆粒粒徑在不同轉速和不同時間下的波動情況。

測試結果

A：粉末測試

   分別研究了三種不同碳粉樣品的顆粒粒徑，下表為三種樣品的D25，D50和D75結果。

  具體結果如下。

A.1.——測試1

             圖2 測試捕獲信號圖

                圖3 粒徑分布直方圖

  圖2中可以看出，A.1.樣品具有很明顯的團聚現象。圖3粒徑直方圖可證明了大顆粒的存在。

A.2.——測試2

                            圖4

          圖5

A.2.樣品也具有團聚現象，但團聚顆粒明顯小于樣品A.1.。圖5直方圖顆粒粒徑分布明顯小于A.1.樣品顆粒分布（圖3），證明了表1所示數據。

A.3.——測試3

                            圖6

                             圖7

A.3.樣品結果圖跟A.1.樣品類似。圖6圖7都表明大顆粒的存在。

B 漿料測試

B.1.——測試4

  向碳粉中加入有機溶劑，攪拌得到混合均勻的碳漿料。測試在無攪拌條件下進行。

• 從圖8中可看出，相對于A中3個樣品（粉末），B.1.樣品團聚較少。
• 圖9中，漿料經攪拌后顆粒粒徑分布明顯向左偏移，粒徑變小。

•                          8

•               9 粉末加入溶劑后經攪拌后粒徑分布

B.2.——測試5

  向A.2.樣品中加入有機溶劑，在300rpm轉速下攪拌40min混合均勻。圖10 和圖11是漿料分別在攪拌混合前后的顆粒粒徑分布變化圖，從圖中很明顯看出，在攪拌作用下顆粒粒徑變小。例如，相比于13:51時，在14:31時顆粒粒徑分布（PSD）向左偏移，說明粒徑變小。

                          圖10

                  圖11 漿料攪拌前后進行對比

B.3.——測試6

  在不同轉速條件下分別對樣品進行PSD測試。

1.300rpm開始             2.300rpm結束

3.2000rpm轉速下1min     4.2000rpm轉速下2min

5.2000rpm轉速下3min     6.2000rpm轉速下8min

圖12

                             圖13

不同的轉速條件會影響樣品PSD結果。高轉速下樣品顆粒團聚現象減弱，粒徑變小，從而可以優化制備過程。

B.4.——測試7

經過以上測試，為了說明攪拌混合對解聚現象的作用，將攪拌前后樣品的PSD直方圖進行對比。（1）攪拌開始時PSD （6）攪拌結束后PSD

通過兩幅圖中對比，表明攪拌混合使得碳漿料顆粒粒徑變小

結論

• 粒度儀 ORM傳感器可以探測鋰電池漿料的粒度及其大顆粒的解聚過程，因此可用于鋰電池漿料生產過程中測試分析。
• 基于鋰電池漿料粒度分析，ORM粒度儀可為鋰電池性能的提升提供優化解決方案。
• ORM傳感器具備較多優點，如便攜、現場、高濃度測量、無需取樣稀釋等。

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