通過分析電池材料顆粒大小和形狀釋放潛力

上海2023年11月28日 /美通社/ -- 近日，大昌華嘉中國科技事業部科學儀器部總經理林波（Cathleen Lin） 分享了行業觀點，探討了電池材料顆粒大小和形狀如何影響電池性能，并將如何推動電動汽車產業的快速發展。

現如今，電動汽車（EV）產業不僅僅是交通運輸，更是改變我們未來的力量。引入低碳和可持續發展的理念：推進能源革命和構建清潔低碳、安全高效能源體系。

隨著全球對電動汽車的需求持續增長，對能夠提供更長續航里程、更快充電速度和更高可持續性的先進電池技術的需求也在不斷增加。而在這一切創新的背后，電池材料的微觀結構，動力學決定其優質的性能，對電池的綜合性能有復雜的影響，也直接影響到電動汽車的安全性和使用性能。

準確和全面理解鋰電池材料的構效關系需要綜合運用多種檢測技術。電池材料顆粒大小和形狀的分析起著至關重要的作用，這將直接塑造EV和更廣泛的能源格局的未來。

電池材料顆粒大小和形狀：一場顛覆性的變革

電池的性能在很大程度上依賴于其核心材料的特性，尤其是正極、負極、電解液和隔膜材料。在眾多影響電池性能的因素中，電池材料的顆粒大小和形狀正變得越來越重要。

提升能量密度 

電動汽車發展的一個關鍵方面是最大化能量密度。電池材料內部的較小顆粒提供了更大的電化學反應表面積。這轉化為增加的能量存儲能力，使得電動汽車能夠在單次充電中行駛更長的距離。通過精確控制顆粒大小，研究人員正在推動能量密度的極限，這是電動汽車廣泛應用的關鍵因素。

優化電極性能

顆粒形狀在決定電極材料的填充密度和孔隙度方面起著關鍵作用。良好定義的顆粒形狀會促進高效的填充，減少內部電阻并提高電子在電池內部的流動性。這導致了更快的充電-放電速率和卓越的整體性能，使得電動汽車在加速和續航方面更具競爭。

另外負極材料是鋰離子電池的關鍵材料之一，鋰電池負極材料在鋰電池中起儲存和釋放能量的作用，主要影響鋰電池的首次效率、循環性能等。

鋰電池負極材料由碳系或非碳系材料等負極活性物質，碳系材料可以分為石墨、硬碳、軟碳和石墨烯等負極材料,需要對負極材料測試元素含量特別是碳元素含量來進行質量控制。

改善電解液和隔膜 

顆粒特性也影響到電解液和隔膜。微調電解液中顆粒的大小和形狀可以提升離子傳導性，直接影響電池的充電-放電效率。此外，設計具有受控孔徑的隔膜可以提高安全性并延長電池壽命。

優化電池漿料穩定性

鋰電池漿料主要由活性物質、導電劑、粘結劑及溶劑等組成，其分散相由不同粒徑、形貌、密度的顆粒組成。

對應的分散介質分為油性溶劑NMP（常作為正極漿料溶劑）和水性溶劑去離子水（常作為負極漿料溶劑）。在鋰電池極片制備過程中，制漿工藝作為最前端工序，其獲得的漿料質量及工藝穩定性對整個生產工藝將產生重大影響。

電池漿料的許多成分 - 電極材料、石墨、聚合物粘合劑和溶劑 -它們相互連接的結構對于電極涂層的質量起著至關重要的作用，其中一個重要因素是 zeta 電位。 漿料中顆粒的 zeta 電位決定了這些顆粒是否易于聚集。

電池安全性能以及缺陷檢測

在不破壞樣品的情況下，通過斷層掃描方式，看清楚樣品和本體材料內部的 三維立體微觀結構特征。 針對各類型電池，可無損觀測內部結構，包括電極纏繞情況，多次充放電后的內部結構變化，穿刺試驗后 的內部結構損傷，夾雜物分布等各類缺陷分析。

充分了解對電池安全性能的影響，通過缺陷檢測提升電池安全性能。

先進分析儀器的作用

在尋求卓越的電動汽車電池時，先進的分析儀器扮演著關鍵的角色。靜態光衍射（激光粒度儀），動態光散射（納米粒度儀），多重光散射（穩定性分析儀），ZETA電位儀，容量法氣體吸附（比表面及孔徑分析儀），光學座滴法（接觸角測量儀），X射線熒光（XRF），高溫燃燒法有機元素分析儀（OEA）等材料表征技術為顆粒大小、形狀和分布提供了寶貴的見解。

通過利用這些尖端技術，研究人員可以更深入地了解電池材料，從而做出基于數據的決策，加速EV電池材料的創新。

結論：

隨著電動汽車產業的快速發展，分析電池材料顆粒大小和形狀正逐漸成為創新的關鍵推動因素。通過利用先進的分析儀器，深入了解顆粒特性，研究人員正在改變EV電池的發展格局。在大昌華嘉科學儀器，我們自豪地成為這一變革旅程的一部分，助力明天的電動汽車，并為我們的星球推動可持續進步。我們共同為子孫后代打造一個更加明亮、綠色的未來。

大昌華嘉科學儀器：與您攜手并進的合作伙伴

在大昌華嘉科學儀器，我們理解精確分析在EV電池行業的重要性。我們全面的先進分析儀器組合，加上我們專業的技術支持，賦予研究人員探索電池材料潛力的工具。通過我們的專業技術支持和對創新的承諾，我們致力于推動可持續交通的未來。

關于作者

林波（Cathleen Lin） 是大昌華嘉中國科技事業部科學儀器部總經理。她在儀器儀表行業擁有豐富的背景，在中國的銷售和營銷、產品管理和業務開發方面擁有超過 25 年的經驗。她擁有復旦大學應用化學學士學位和華東理工大學MBA學位。