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5G基站锂电大战拉幕,高端激光粒度分析仪成强大助力

珠海欧美克发布时间:2020/03/16 15:07 点击: 加载中..

进入三月份,新一轮5G网络建设招标重新启动。相比较于4G基站,5G网络使用频次增加,基站覆盖范围变小,5G基站数量为4G的2-3倍,通信基站储能设施的巨大需求再次搅动蓬勃发展的锂电池市场。
近日,中国移动发布了6.102亿Ah通信用磷酸铁锂电池产品的采购招标大单,将应用于除铁塔以外5G基站磷酸铁锂电池产品的消耗。同时,据GGII保守预计,2020年新建及改造的5G基站需求量将达到10GWh,整体5G通信基站将带动155GWh以上锂电池需求。
锂电行业增长爆发之际,对于多类用于其质量控制的物性检测光电仪器设备同样需求强烈。就锂电池所用到的正负极和隔膜材料来说,其粒度的检测是至关重要的,欧美克性能卓越性价比高的高端激光粒度分析仪器将助力锂电行业抗击质量风险,提高产品附加值!

一、激光粒度分析仪在电池行业应用

随着应用于新能源汽车、电动工具、甚至是储能需求的锂电池市场快速成长,对于电池能效性和安全性要求也越来越高,而这两种特性的好坏,与正负极材料和隔膜材料的粒度均匀性(粒度分布)和颗粒细度有极大的相关性。在各种粒度检测方法中,激光粒度分析仪因具有操作简便、可测颗粒数量高、等效概念明确、速度快、重现性好等优点,受到锂电池市场的青睐。

从大量的制浆经验以及行业交流反馈来看,诸如锂钴氧(LiCoO2)、锂锰氧(LiMn2O4)、锂镍氧(LiNiO2)、锂镍钴锰氧(LiNiCoMnO2)和磷酸铁锂(LiFePO4)等多种不同的正极材料,通常采用中值粒径D50作为关键质控指标。不同材料不同工艺的产品对原材料的粒径要求也不尽相同,以分布在1-20μm范围内居多。负极材料以石墨为例,当其平均粒径为8-18μm时,电池有较好的初放容量及首次效率。

此外,随着电池隔膜的厚度要求不断提高,对其中添加阻燃材料的粒径要求也随之不断提高,常使用的隔膜氧化铝粒径从微米级逐渐发展到亚微米甚至是纳米级。因此对粒度测量仪器的重现性、分辨能力提出了更高的要求。

图1 欧美克Topsizer Plus激光粒度分析仪

测量范围:0.01-3600μm(湿法,取决于样品),0.1-3600μm(干法,取决于样品)

重复性误差:≤0.5%

准确性误差:≤±0.6%


二、粒度测试分辨能力对电池材料测试的意义

在激光粒度分析仪的各类技术指标中,“分辨能力”,即激光粒度分析仪对样品中不同粒径之间的区分能力,对于电池材料的检测有着极为重要的意义。

例如,粒径过小的石墨粉在粉碎过程中更易于使其晶型结构发生改变,小颗粒石墨粉中菱形晶数量相对较多,而菱方结构的石墨具有较小的储锂容量,使电池的充放电容量有所降低。分辨能力高的激光粒度分析仪,就能较容易地检测出石墨原材料中的菱方结构。

另外,颗粒直径太小,单位重量总表面积就会很大,需要包覆材料越多,导致电极材料的堆积密度减小而体积能量密度下降;在电池材料活性物质中如果存在少量的大颗粒,可能会对涂布、滚压造成负面影响̷̷如果能准确地对电池正负极材料和隔膜材料等原材料进行粒度测试,在一定程度上将有助于预判电池的产品性能。图2 欧美克Topsizer激光粒度分析仪

测量范围:0.02-2000μm(湿法,取决于样品),0.1-2000μm(干法,取决于样品)

重复性误差:≤0.5%

准确性误差:≤±1%
以欧美克TopSizer型号激光粒度分析仪为例,在标准样品中加入2%,9%,16%质量分数的大颗粒/小颗粒,相应测试的粒度分布图能清晰看出不同测试对象结果的差异,具体百分含量的比例也可以从粒度分布表中读出,TopSizer皆能获取符合预期的准确的测试结果,显示了其高水准的分辨能力。

图3 向标准样品中逐步添加一定比例大颗粒测试仪器分辨能力

图4 向标准样品中逐步添加一定比例小颗粒测试仪器分辨能力

三、电池材料样品测试结果示例

马尔文帕纳科,一直致力于从原材料组成、生产中的粒度控制、甚至锂电池充放电实时分析等领域为行业提供支撑。欧美克Topsizer激光粒度分析仪是引进了马尔文帕纳科国际光学设计,结合欧美克近30年的技术积累研发而成的一款高性能激光粒度分析仪,代表了中国粒度检测与分析技术的新高度。
下面案例以具体的电池材料样品来看Topsizer激光粒度分析仪的测试性能对材料表征的准确测量。

1,欧美克TopSizer激光粒度分析仪测试含有少量大颗粒的石墨原材料的粒度分布图和粒度分布表如图5所示。

可以看到对于体积含量在0.5%以下的极少量60-100μm的颗粒,以及体积含量在1%左右的2μm以下颗粒,均能够灵敏的检测出来其详尽的粒度分布。显示了TopSizer对粉体材料的大、小颗粒具有高超的分辨能力,对于最终下游应用中电池产品的安全性能和容量性能有更准确的指导意义。
如果对少量小颗粒特别关注,在软件上可以采用数量分布替代体积分布的计算方法,进一步放大小颗粒的权重,对小颗粒数量上的变化进行更易识别的测试和生产质控。但需要注意的是,对于分布较宽的样品,由于大小颗粒在尺寸上差异本身就很大,同样体积的大小颗粒的数量相差将会异常巨大,取样和分散测量上的少许波动会导致测试结果数量分布上较大的偏差。




图5 TopSizer测试含有少量大颗粒的石墨原材料的粒度分布图和粒度分布表

2. 欧美克TopSizer激光粒度分析仪对D50为0.1μm左右的超细隔膜材料氧化铝的粒度测试粒度分布图如下图所示。

图6 TopSizer对D50为0.1μm左右的超细隔膜材料氧化铝的粒度测试粒度分布图

3.图7是欧美克LS-609激光粒度分析仪对磷酸亚铁锂3次取样分散测试粒度分布的叠加图及特征粒径的统计结果,显示该仪器对磷酸亚铁锂的测试拥有优良的重现性。




图7 LS-609对磷酸亚铁锂3次取样分散测试粒度分布的叠加图及特征粒径的统计结果

由此可见高分辨能力和重现性的激光粒度分析仪在电池原材料粒度检测领域能带来更好的质控效益。
2020年是中国5G基站建设的爆发元年,据工信部预测,未来5年中国5G基站保有量将达到446万—744万个。随着中国移动开启基站锂电池招标工作后,未来基站锂电池需求将更一步释放,对于高性能激光粒度分析仪的需求也将迎来市场红利期。欧美克作为全球科学仪器提供商马尔文帕纳科公司的一员,将持续秉承思百吉公司“绝对诚信”的核心价值观,为客户提供粒度检测产品与服务!

参考资料:

1. 沈兴志,珠海欧美克仪器有限公司,《高性能激光粒度分析仪在电池材料测试中的应用》

2. 高工锂电网,《中国移动25亿集采 拉开5G基站锂电大战序幕》

3. 高工锂电网,《GGII: 2020年中国新建及改造5G基站的锂电池需求将达到10GWh》

4. 览潮网,《多地两会明确建上万5G基站,2020年将成中国5G爆发年!》



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