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磷酸鐵鋰迎發展“第二春”,歐美克高性能激光粒度儀需求強勁

點擊次數:350  發布時間:2021-02-02

近日,在北京召開的第七屆中國電動汽車百人會論壇(2021)上,比亞迪股份有限公司董事長王傳福表示,“按照規劃,到2025年,我國新能源汽車新車銷售量將達到汽車新車銷售總量的20%左右。”這意味著接下來5年,新能源汽車行業年復合增長率將達37%以上。

結合前期“特斯拉Model Y低價發售”、“寧德時代逼近萬億股價”、“蔚來包下寧德時代磷酸鐵鋰電池生產線!”等新聞發酵,不難發現隨著磷酸鐵鋰電池以其低成本高安全性的優勢在中低端市場不斷滲透,特別是相關技術的進步也助推磷酸鐵鋰電池自2020年起重新擴展市場空間,其需求快速反轉向上。

中國汽車動力電池產業創新聯盟日前發布的數據顯示,2020年我國動力電池累計銷量達65.9GWh,同比累計下降12.9%。其中,三元鋰電池累計銷售34.8GWh,同比累計下降34.4%;磷酸鐵鋰電池累計銷售30.8GWh,同比累計增長49.2%,是實現同比正增長產品。

中信證券指出,目前,特斯拉、戴姆勒等海外新能源汽車主流企業均明確了磷酸鐵鋰電池技術路線,預計寶馬、大眾等其他海外車企也將在其動力電池技術路線中選擇磷酸鐵鋰方案。而國內無論是寧德時代的CTP電池管理控制技術還是比亞迪的“刀片電池”,磷酸鐵鋰的高安全性助力了其在乘用車領域的回暖,都讓磷酸鐵鋰電池開始經歷第二春!

伴隨著寧德時代年產8萬噸磷酸鐵鋰投資項目簽署,磷酸鐵鋰第二春的帷幕已然拉開,大規模的量產也必將刺激高性能激光粒度儀的市場需求。

*,激光粒度分析儀在鋰離子電池行業有著廣泛的應用需求,主要應用于正極材料、三元前驅體材料、負極材料、導電劑、隔膜涂覆用氧化鋁等材料的粒度測試。從大量的制漿經驗以及行業交流反饋來看,諸如鈷酸鋰(LiCoO2)、錳酸鋰(LiMn2O4)、鎳酸鋰(LiNiO2)、鎳鈷錳酸鋰(LiNiCoMnO2)和磷酸鐵鋰(LiFePO4)等多種不同的正極材料,通常采用中值粒徑D50、代表大顆粒的D90作為關鍵質控指標。不同材料不同工藝的產品對原材料的粒徑要求也不盡相同,以分布在1-20μm范圍內居多。負極材料以石墨為例,當其平均粒徑為16-18μm,且粒度分布較為集中時,電池有較好的初放容量及*效率。

此外,隨著電池隔膜的厚度要求不斷提高,對其中添加阻燃材料的粒徑要求也隨之不斷提高,常使用的隔膜氧化鋁粒徑從微米級逐漸發展到亞微米甚至是納米級。隨著電池性能提高對原材料的粒度要求不斷提高,激光粒度儀發揮著不可替代的作用,同時對粒度測量儀器的重復性、重現性、分辨能力提出了更高的要求。
 

 

鋰離子電池正、負極材料標準中的粒度分布要求

 

D10(um)

D50(um)

D90(um)

Dmax(um)

標準號

鈷酸鋰

>1.0

5.0-15.0

<30.0

-

GB/T 20252-2006

高容量型錳酸鋰

>2.0

10.0-15.0

<30.0

-

YS/T 677-216

普通型錳酸鋰

>5.0

10.0-15.0

<25.0

-

YS/T 677-216

高溫型錳酸鋰

>5.0

10.0-15.0

<25.0

-

YS/T 677-216

鎳酸鋰

>1.0

5.0-15.0

<30.0

-

GB/T 26031-2010

鎳錳酸鋰

1.0

4.0-18.0

40.0

-

GB/T 37202-2018

鎳鈷錳酸鋰

2.0

5.0-15.0

30.0

-

YS/T 798-2012

鎳鈷鋁酸鋰

1.0

4.0-18.0

30.0

-

YS/T 1125-2016

磷酸鐵鋰

-

0.5-20.0

-

-

GB/T 30835-2014

天然石墨

5.0-16.0

8.0-25.0

18.0-37.0

70.0

GB/T 2453—2009

中間相碳微球人造石墨

5.0-13.0

15.0-28.0

31.0-42.0

75.0

GB/T 2453—2009

針狀焦人造石墨

7.0-17.0

11.0-24.0

29.0-49.0

70.0

GB/T 2453—2009

石油焦人造石墨

5.0-11.0

16.0-24.0

33.0-42.0

75.0

GB/T 2453—2009

復合石墨

5.0-12.0

13.0-24.0

31.0-40.0

70.0

GB/T 2453—2009

Li4Ti5O12

5.0-10.0

-

-

-

GB/T 2453—2009

Li4Ti5O12@C

5.0-10.0

-

-

-

GB/T 2453—2009

鋰離子電池正、負極材料標準中的粒度分布要求


激光粒度儀的高分辨能力在電池材料的檢驗中,對測試樣本中少量的大顆?;蛐☆w粒的準確識別有著重要的意義。

比如說在電池材料活性物質中如果存在少量的大顆粒,可能會對涂布、滾壓造成負面影響。如果在原材料檢測時就發現,則可以避免后續不良品的產生。另一個典型的例子是粒徑過小的石墨粉在粉碎過程中更易于使其晶型結構發生改變,小顆粒石墨粉中菱形晶數量相對較多,而菱方結構的石墨具有較小的儲鋰容量,使電池的充放電容量有所降低。另外顆粒直徑太小,單位重量總表面積就會很大,需要的包覆材料越多,導致電極材料的堆積密度減小而體積能量密度下降。如果能準確的對各種原材料進行粒度測試,在一定程度上有助于預判后續產品性能、防范風險……可見,電池性能的諸多方面都與正負極材料和隔膜材料等的粒徑息息相關。

歐美克Topsizer激光粒度分析儀


對少量的大/小顆粒及樣品各個粒徑組分的準確識別,需要儀器制造商在無盲區光學設計、高品質高精度元器件、裝配工藝、算法及軟件智能控制上不斷優化,提高產品分辨能力。例如早先的激光粒度儀將多個光電轉換元件探測通道放置在一塊或兩塊平面上,然而傅立葉透鏡的聚焦面通常呈弧形分布,平面布置的探測器很難將所有角度的散射光信號都聚焦獲取,通過獨立探測器焦點曲面排布設計和一致性定位工裝提高粒度儀分辨能力和儀器之間的重現性。

歐美克Topsizer激光粒度分析儀和Topsizer Plus激光粒分析儀是在鋰離子電池行業被廣泛應用的高性能激光粒度分析儀。量程寬、重現性好、分辨能力強、自動化程度高、故障率低等優異性能保證了測試結果和分析能力,而且與國內外、行業上下游黃金標準保持一致,不僅為用戶節省了方法開發和方法轉移上的時間和成本,更重要的是可以避免粒徑檢測不準帶來的經濟損失和風險,無論在產品研發、過程控制還是質量控制上,都能夠為用戶帶來真正的價值。


歐美克LS-609激光粒度分析儀


而歐美克LS-609激光粒度分析儀就采用了先進的激光粒度儀散射光能探測的設計,將常見的失焦影響較大的多個大角探測器通道以分個獨立的方式放置于與其散射角相對應的傅立葉透鏡焦點位置,以保證所有散射光角度的信號都是無混雜的,提高了散射光分布角度分辨能力。與此同時,各個獨立的探測器有利于在探測器上布置雜散光屏蔽裝置,同時也防止了散射光在不同探測器上的相互干擾,進一步降低系統的噪聲,提高細微差異的分辨能力。

我們以具體的電池材料樣品來看歐美克激光粒度分析儀的測試性能對材料準確表征的案例。

1. 歐美克Topsizer激光粒度儀測試含有少量大顆粒的石墨原材料的粒度分布圖和粒度分布表如下圖所示,可以看到對于體積含量在0.5%以下的極少量60-100μm的顆粒,以及體積含量在1%左右的2μm以下顆粒,均能夠靈敏的檢測出來其詳盡的粒度分布。顯示了Topsizer對粉體材料的大、小顆粒具有高超的分辨能力,對于終下游應用中電池產品的安全性能和容量性能有更準確的指導意義。

如果對于對少量小顆粒特別關注,在軟件上,甚至可以采用數量分布替代體積分布的計算方法,進一步放大小顆粒的權重,對小顆粒數量上的變化進行更易識別的測試和生產質控。但需要注意的是,對于分布較寬的樣品,由于大小顆粒在尺寸上差異本身就很大,同樣體積的大小顆粒的數量相差將會異常巨大,取樣和分散測量上的少許波動會導致測試結果數量分布上較大的偏差。


2. 下圖是歐美克LS-609激光粒度儀對磷酸亞鐵鋰3次取樣分散測試粒度分布的疊加圖,及特征粒徑的統計結果,顯示該儀器對磷酸亞鐵鋰的測試擁有優良的重現性。


由此可見高分辨能力和重現性的激光粒度分析儀在電池原材料粒度檢測領域能帶來更好的質控效益。

正如中國科學院院士、中國電動汽車百人會副理事長歐陽明高所說,中國動力電池技術創新模式已經從政府主導向市場驅動轉型,目前中國電池材料研究處于先進行列。而在中國動力電池的快速創新發展必然也離不開高分辨能力和重現性的激光粒度分析儀作為質控的好幫手。

通過給動力電池行業提供更專業優化的粒度檢測方案,歐美克激光粒度儀的行業銷售也在持續高速增長。歐美克必將一如既往不斷探索,與中國動力電池行業并行快速發展,攜手創造中國奇跡,助力新能源世界美好未來!

參考資料:

1.  沈興志,珠海歐美克儀器有限公司,《高性能激光粒度分析儀在電池材料測試中的應用》

2.  經濟日報,《第七屆中國電動汽車百人會論壇舉辦》

3.  騰訊網,《磷酸鐵鋰廠家齊漲價,2021年將回潮迎來“第二春”?》

4.  中國證券報,《磷酸鐵鋰電池迎來發展“第二春” 2020年累計銷售同比增長近五成》

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