近日，在北京召開(kāi)的第七屆中國(guó)電動(dòng)汽車(chē)百人會(huì)論壇（2021）上，比亞迪股份有限公司董事長(zhǎng)王傳福表示，“按照規(guī)劃，到2025年，我國(guó)新能源汽車(chē)新車(chē)銷售量將達(dá)到汽車(chē)新車(chē)銷售總量的20％左右。”這意味著接下來(lái)5年，新能源汽車(chē)行業(yè)年復(fù)合增長(zhǎng)率將達(dá)37%以上。
結(jié)合前期“特斯拉Model Y低價(jià)發(fā)售”、“寧德時(shí)代逼近萬(wàn)億股價(jià)”、“蔚來(lái)包下寧德時(shí)代磷酸鐵鋰電池生產(chǎn)線！”等新聞發(fā)酵，不難發(fā)現(xiàn)隨著磷酸鐵鋰電池以其低成本高安全性的優(yōu)勢(shì)在中低端市場(chǎng)不斷滲透，特別是相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步也助推磷酸鐵鋰電池自2020年起重新擴(kuò)展市場(chǎng)空間，其需求快速反轉(zhuǎn)向上。
中國(guó)汽車(chē)動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟日前發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，2020年我國(guó)動(dòng)力電池累計(jì)銷量達(dá)65.9GWh，同比累計(jì)下降12.9%。其中，三元鋰電池累計(jì)銷售34.8GWh，同比累計(jì)下降34.4%；磷酸鐵鋰電池累計(jì)銷售30.8GWh，同比累計(jì)增長(zhǎng)49.2%，是唯一實(shí)現(xiàn)同比正增長(zhǎng)產(chǎn)品。
中信證券指出，目前，特斯拉、戴姆勒等海外新能源汽車(chē)主流企業(yè)均明確了磷酸鐵鋰電池技術(shù)路線，預(yù)計(jì)寶馬、大眾等其他海外車(chē)企也將在其動(dòng)力電池技術(shù)路線中選擇磷酸鐵鋰方案。而國(guó)內(nèi)無(wú)論是寧德時(shí)代的CTP電池管理控制技術(shù)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(chē)領(lǐng)域的回暖，都讓磷酸鐵鋰電池開(kāi)始經(jīng)歷第二春！
伴隨著寧德時(shí)代年產(chǎn)8萬(wàn)噸磷酸鐵鋰投資項(xiàng)目簽署，磷酸鐵鋰第二春的帷幕已然拉開(kāi)，大規(guī)模的量產(chǎn)也必將刺激高性能激光粒度儀的市場(chǎng)需求。
眾所周知，激光粒度分析儀在鋰離子電池行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用需求，主要應(yīng)用于正極材料、三元前驅(qū)體材料、負(fù)極材料、導(dǎo)電劑、隔膜涂覆用氧化鋁等材料的粒度測(cè)試。從大量的制漿經(jīng)驗(yàn)以及行業(yè)交流反饋來(lái)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(guān)鍵質(zhì)控指標(biāo)。不同材料不同工藝的產(chǎn)品對(duì)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16-18μm，且粒度分布較為集中時(shí)，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(duì)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(jí)逐漸發(fā)展到亞微米甚至是納米級(jí)。隨著電池性能提高對(duì)原材料的粒度要求不斷提高，激光粒度儀發(fā)揮著不可替代的作用，同時(shí)對(duì)粒度測(cè)量?jī)x器的重復(fù)性、重現(xiàn)性、分辨能力提出了更高的要求。
▲ 鋰離子電池正、負(fù)極材料標(biāo)準(zhǔn)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(yàn)中，對(duì)測(cè)試樣本中少量的大顆粒或小顆粒的準(zhǔn)確識(shí)別有著重要的意義。
比如說(shuō)在電池材料活性物質(zhì)中如果存在少量的大顆粒，可能會(huì)對(duì)涂布、滾壓造成負(fù)面影響。如果在原材料檢測(cè)時(shí)就發(fā)現(xiàn)，則可以避免后續(xù)不良品的產(chǎn)生。另一個(gè)典型的例子是粒徑過(guò)小的石墨粉在粉碎過(guò)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(duì)較多，而菱方結(jié)構(gòu)的石墨具有較小的儲(chǔ)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(huì)很大，需要的包覆材料越多，導(dǎo)致電極材料的堆積密度減小而體積能量密度下降。如果能準(zhǔn)確的對(duì)各種原材料進(jìn)行粒度測(cè)試，在一定程度上有助于預(yù)判后續(xù)產(chǎn)品性能、防范風(fēng)險(xiǎn)……可見(jiàn)，電池性能的諸多方面都與正負(fù)極材料和隔膜材料等的粒徑息息相關(guān)。
▲ 歐美克Topsizer 激光粒度分析儀
對(duì)少量的大/小顆粒及樣品各個(gè)粒徑組分的準(zhǔn)確識(shí)別，需要儀器制造商在無(wú)盲區(qū)光學(xué)設(shè)計(jì)、高品質(zhì)高精度元器件、裝配工藝、算法及軟件智能控制上不斷優(yōu)化，提高產(chǎn)品分辨能力。例如早先的激光粒度儀將多個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件探測(cè)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(cè)器很難將所有角度的散射光信號(hào)都精確地聚焦獲取，通過(guò)精準(zhǔn)的獨(dú)立探測(cè)器焦點(diǎn)曲面排布設(shè)計(jì)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(xiàn)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(yè)被廣泛應(yīng)用的高性能激光粒度分析儀。量程寬、重現(xiàn)性好、分辨能力強(qiáng)、自動(dòng)化程度高、故障率低等優(yōu)異性能保證了測(cè)試結(jié)果和分析能力，而且與國(guó)內(nèi)外、行業(yè)上下游黃金標(biāo)準(zhǔn)保持一致，不僅為用戶節(jié)省了方法開(kāi)發(fā)和方法轉(zhuǎn)移上的時(shí)間和成本，更重要的是可以避免粒徑檢測(cè)不準(zhǔn)帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失和風(fēng)險(xiǎn)，無(wú)論在產(chǎn)品研發(fā)、過(guò)程控制還是質(zhì)量控制上，都能夠?yàn)橛脩魩?lái)真正的價(jià)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(jìn)的激光粒度儀散射光能探測(cè)的設(shè)計(jì)，將常見(jiàn)的失焦影響較大的多個(gè)大角探測(cè)器通道以分個(gè)獨(dú)立的方式精確放置于與其散射角相對(duì)應(yīng)的傅立葉透鏡焦點(diǎn)位置，以保證所有散射光角度的信號(hào)都是無(wú)混雜的，提高了散射光分布角度分辨能力。與此同時(shí)，各個(gè)獨(dú)立的探測(cè)器有利于在探測(cè)器上布置雜散光屏蔽裝置，同時(shí)也防止了散射光在不同探測(cè)器上的相互干擾，進(jìn)一步降低系統(tǒng)的噪聲，提高細(xì)微差異的分辨能力。
我們以具體的電池材料樣品來(lái)看歐美克激光粒度分析儀的測(cè)試性能對(duì)材料準(zhǔn)確表征的案例。
1. 歐美克Topsizer激光粒度儀測(cè)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(duì)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(cè)出來(lái)其詳盡的粒度分布。顯示了Topsizer對(duì)粉體材料的大、小顆粒具有高超的分辨能力，對(duì)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(duì)于對(duì)少量小顆粒特別關(guān)注，在軟件上，甚至可以采用數(shù)量分布替代體積分布的計(jì)算方法，進(jìn)一步放大小顆粒的權(quán)重，對(duì)小顆粒數(shù)量上的變化進(jìn)行更易識(shí)別的測(cè)試和生產(chǎn)質(zhì)控。但需要注意的是，對(duì)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(huì)異常巨大，取樣和分散測(cè)量上的少許波動(dòng)會(huì)導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果數(shù)量分布上較大的偏差。
2. 下圖是歐美克LS-609激光粒度儀對(duì)磷酸亞鐵鋰3次取樣分散測(cè)試粒度分布的疊加圖，及特征粒徑的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，顯示該儀器對(duì)磷酸亞鐵鋰的測(cè)試擁有優(yōu)良的重現(xiàn)性。
由此可見(jiàn)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(cè)領(lǐng)域能帶來(lái)更好的質(zhì)控效益。
正如中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)電動(dòng)汽車(chē)百人會(huì)副理事長(zhǎng)歐陽(yáng)明高所說(shuō)，中國(guó)動(dòng)力電池技術(shù)創(chuàng)新模式已經(jīng)從政府主導(dǎo)向市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)型，目前中國(guó)電池材料研究處于國(guó)際先進(jìn)行列。而在中國(guó)動(dòng)力電池的快速創(chuàng)新發(fā)展必然也離不開(kāi)高分辨能力和重現(xiàn)性的激光粒度分析儀作為質(zhì)控的好幫手。
通過(guò)給動(dòng)力電池行業(yè)提供更專業(yè)優(yōu)化的粒度檢測(cè)方案，歐美克激光粒度儀的行業(yè)銷售也在持續(xù)高速增長(zhǎng)。歐美克必將一如既往不斷探索，與中國(guó)動(dòng)力電池行業(yè)并行快速發(fā)展，攜手創(chuàng)造中國(guó)奇跡，助力新能源引領(lǐng)世界美好未來(lái)！
