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進入三月份，新一輪5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)招標(biāo)重新啟動。相比較于4G基站，5G網(wǎng)絡(luò)使用頻次增加，基站覆蓋范圍變小，5G基站數(shù)量為4G的2-3倍，通信基站儲能設(shè)施的巨大需求再次攪動蓬勃發(fā)展的鋰電池市場。
近日，中國移動發(fā)布了6.102億Ah通信用磷酸鐵鋰電池產(chǎn)品的采購招標(biāo)大單，將應(yīng)用于除鐵塔以外5G基站磷酸鐵鋰電池產(chǎn)品的消耗。同時，據(jù)GGII保守預(yù)計，2020年新建及改造的5G基站需求量將達(dá)到10GWh，整體5G通信基站將帶動155GWh以上鋰電池需求。
鋰電行業(yè)增長爆發(fā)之際，對于多類用于其質(zhì)量控制的物性檢測光電儀器設(shè)備同樣需求強烈。就鋰電池所用到的正負(fù)極和隔膜材料來說，其粒度的檢測是至關(guān)重要的，歐美克性能卓越性價比高的高端激光粒度分析儀器將助力鋰電行業(yè)抗擊質(zhì)量風(fēng)險，提高產(chǎn)品附加值！

一、激光粒度分析儀在電池行業(yè)應(yīng)用

隨著應(yīng)用于新能源汽車、電動工具、甚至是儲能需求的鋰電池市場快速成長，對于電池能效性和安全性要求也越來越高，而這兩種特性的好壞，與正負(fù)極材料和隔膜材料的粒度均勻性（粒度分布）和顆粒細(xì)度有極大的相關(guān)性。在各種粒度檢測方法中，激光粒度分析儀因具有操作簡便、可測顆粒數(shù)量高、等效概念明確、速度快、重現(xiàn)性好等優(yōu)點，受到鋰電池市場的青睞。

從大量的制漿經(jīng)驗以及行業(yè)交流反饋來看，諸如鋰鈷氧(LiCoO2)、鋰錳氧(LiMn2O4)、鋰鎳氧(LiNiO2)、鋰鎳鈷錳氧(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作為關(guān)鍵質(zhì)控指標(biāo)。不同材料不同工藝的產(chǎn)品對原材料的粒徑要求也不盡相同，以分布在1-20μm范圍內(nèi)居多。負(fù)極材料以石墨為例，當(dāng)其平均粒徑為8-18μm時，電池有較好的初放容量及首次效率。

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(fā)展到亞微米甚至是納米級。因此對粒度測量儀器的重現(xiàn)性、分辨能力提出了更高的要求。

圖1 歐美克Topsizer Plus激光粒度分析儀

測量范圍：0.01-3600μm（濕法，取決于樣品），0.1-3600μm（干法，取決于樣品）

重復(fù)性誤差：≤0.5%

準(zhǔn)確性誤差：≤±0.6%

二、粒度測試分辨能力對電池材料測試的意義

在激光粒度分析儀的各類技術(shù)指標(biāo)中，“分辨能力”，即激光粒度分析儀對樣品中不同粒徑之間的區(qū)分能力，對于電池材料的檢測有著極為重要的意義。
例如，粒徑過小的石墨粉在粉碎過程中更易于使其晶型結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，小顆粒石墨粉中菱形晶數(shù)量相對較多，而菱方結(jié)構(gòu)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。分辨能力高的激光粒度分析儀，就能較容易地檢測出石墨原材料中的菱方結(jié)構(gòu)。
另外，顆粒直徑太小，單位重量總表面積就會很大，需要包覆材料越多，導(dǎo)致電極材料的堆積密度減小而體積能量密度下降；在電池材料活性物質(zhì)中如果存在少量的大顆粒，可能會對涂布、滾壓造成負(fù)面影響……如果能準(zhǔn)確地對電池正負(fù)極材料和隔膜材料等原材料進行粒度測試，在一定程度上將有助于預(yù)判電池的產(chǎn)品性能。

圖2 歐美克Topsizer激光粒度分析儀

測量范圍：0.02-2000μm（濕法，取決于樣品），0.1-2000μm（干法，取決于樣品）

重復(fù)性誤差：≤0.5%

準(zhǔn)確性誤差：≤±1%
以歐美克TopSizer型號激光粒度分析儀為例，在標(biāo)準(zhǔn)樣品中加入2%，9%，16%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的大顆粒/小顆粒，相應(yīng)測試的粒度分布圖能清晰看出不同測試對象結(jié)果的差異，具體百分含量的比例也可以從粒度分布表中讀出，TopSizer皆能獲取符合預(yù)期的準(zhǔn)確的測試結(jié)果，顯示了其高水準(zhǔn)的分辨能力。

圖3 向標(biāo)準(zhǔn)樣品中逐步添加一定比例大顆粒測試儀器分辨能力

圖4 向標(biāo)準(zhǔn)樣品中逐步添加一定比例小顆粒測試儀器分辨能力

三、電池材料樣品測試結(jié)果示例

馬爾文帕納科作為材料表征領(lǐng)域的全球領(lǐng)導(dǎo)者，一直致力于從原材料組成、生產(chǎn)中的粒度控制、甚至鋰電池充放電實時分析等領(lǐng)域為行業(yè)提供支撐。歐美克Topsizer激光粒度分析儀是引進了馬爾文帕納科國際先進的光學(xué)設(shè)計，結(jié)合歐美克近30年的技術(shù)積累研發(fā)而成的一款高性能激光粒度分析儀，代表了中國粒度檢測與分析技術(shù)的新高度。
下面案例以具體的電池材料樣品來看Topsizer激光粒度分析儀的測試性能對材料表征的準(zhǔn)確測量。

1，歐美克TopSizer激光粒度分析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圖5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，對于最終下游應(yīng)用中電池產(chǎn)品的安全性能和容量性能有更準(zhǔn)確的指導(dǎo)意義。
如果對少量小顆粒特別關(guān)注，在軟件上可以采用數(shù)量分布替代體積分布的計算方法，進一步放大小顆粒的權(quán)重，對小顆粒數(shù)量上的變化進行更易識別的測試和生產(chǎn)質(zhì)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(shù)量相差將會異常巨大，取樣和分散測量上的少許波動會導(dǎo)致測試結(jié)果數(shù)量分布上較大的偏差。

圖5 TopSizer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

2. 歐美克TopSizer激光粒度分析儀對D50為0.1μm左右的超細(xì)隔膜材料氧化鋁的粒度測試粒度分布圖如下圖所示。

圖6 TopSizer對D50為0.1μm左右的超細(xì)隔膜材料氧化鋁的粒度測試粒度分布圖

3.圖7是歐美克LS-609激光粒度分析儀對磷酸亞鐵鋰3次取樣分散測試粒度分布的疊加圖及特征粒徑的統(tǒng)計結(jié)果，顯示該儀器對磷酸亞鐵鋰的測試擁有優(yōu)良的重現(xiàn)性。

圖7 LS-609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(tǒng)計結(jié)果

由此可見高分辨能力和重現(xiàn)性的激光粒度分析儀在電池原材料粒度檢測領(lǐng)域能帶來更好的質(zhì)控效益。
2020年是中國5G基站建設(shè)的爆發(fā)元年，據(jù)工信部預(yù)測，未來5年中國5G基站保有量將達(dá)到446萬—744萬個。隨著中國移動開啟基站鋰電池招標(biāo)工作后，未來基站鋰電池需求將更一步釋放，對于高性能激光粒度分析儀的需求也將迎來市場紅利期。歐美克作為全球領(lǐng)先的科學(xué)儀器提供商馬爾文帕納科公司的一員，將持續(xù)秉承思百吉公司“絕對誠信”的核心價值觀，為客戶提供優(yōu)秀的粒度檢測產(chǎn)品與服務(wù)！

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(yīng)用》

2. 高工鋰電網(wǎng)，《中國移動25億集采 拉開5G基站鋰電大戰(zhàn)序幕》

3. 高工鋰電網(wǎng)，《GGII: 2020年中國新建及改造5G基站的鋰電池需求將達(dá)到10GWh》

4. 覽潮網(wǎng)，《多地兩會明確建上萬5G基站，2020年將成中國5G爆發(fā)年！》