鋰電池正極材料於粒徑分析之應用(particle size analysis for lithium battery cathode materials)
隨著新能源的快速發展，尤其是在汽車行業和電子產業，鋰電池正極材料的研究和生產逐漸受到全球關注。其中，主要關鍵研究方向為開發高容量、長循環壽命、高安全性、也著重研究鋰電池的正極材料性能增加和降低成本。由於電池研究與快速發展，這也引發了上游高性能原材料的短缺，尤其是鋰電池正極材料的供應。
鋰電池常見正極材料包括磷酸鐵鋰、鈷酸鋰、碳酸鋰和高鎳三元材料。所有正極材料顆粒的粒徑和尺寸分佈直接影響這些電池的充電放電性能。因此，測量顆粒的粒徑分佈是極其必要的。
本文利用德芮克國際股份有限公司的Treksizer雷射光粒徑分析儀來測試磷酸鐵鋰，是鋰電池常用的正極材料，其粒徑分佈決定磷酸鐵鋰在鋰電池中的加工及應用性能。
如圖1所示，磷酸鐵鋰A、B、C的平均粒徑遠小於磷酸鐵鋰D和E的平均粒徑。磷酸鐵鋰的平均粒徑對鋰電池的電化學特性，一般來說，小顆粒可以增加比表面積鋰電池中的活性材料，縮短鋰在電池中的擴散路徑，從而促進鋰電池的電化學反應。
但是，如果磷酸鐵鋰的粒徑太小，顆粒容易團聚。 這導致降低電子電導率和固相擴散係數，從而增加鋰電池的內阻，使部分電流在高內阻作用下會轉化為熱能，這導致鋰電池會產生大量熱能損失，最終影響容量和電池的放電性能。具經驗發現，大部分磷酸鐵鋰平均粒徑D50s控制在小粒徑範圍內，有利於鋰電池的有效放電性能達到最佳水平，如磷酸鐵鋰A、B、C的平均粒徑D50s約為1μm。
此外，磷酸鐵鋰顆粒的D50s在4μm-10μm範圍內，如樣品D和E，導致內阻高和電化學特性差，從而降低預期壽命、可用容量、鋰電池的充放電倍率和安全性。 對於樣品 E，過大的顆粒可能會降低鋰離子在活性材料中的固相擴散係數，導致內阻增加，降低有效電荷。
結論：鋰電池正極材料的粒徑分佈對影響電池性能至關重要。對於給定的陽極材料和電池尺寸，可以調整陰極材料的粒徑分佈以優化鋰電池的能量和功率。 為了實現高儲能、穩定和安全性能，嚴格控制鋰電池正極材料的粒徑分佈是必要的。
產品連結：Treksizer雷射光粒徑分析儀
來源：Fangfang Zhang/Application of Laser Particle Size Analyzer in Lithium Battery Cathode Materials
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