电池正负极材料中包裹密度、振实密度、骨架密度、堆积密度检测方案(密度计)

市场需求与日俱增技术也在快速发展保持竞争力的要求受到了前所未有的挑战锂离子电池技术 制造和故障分析 强大的分析技术和创新的仪器帮助提升电电学性能的知识和理解。作为您的伙伴，美国麦克仪器公司将不懈努力，以确保您在瞬息万变的市场中取得成功。 锂离子电池是一种几乎可连续充放电的储能装置。与传统的电池技术相比，锂离子电池在应用方面的性能和效率更显著。锂离子电池市场可细分为消费类电子产品市场、电动汽车市场、储能和工业应用市场。 全球经济状况改善、可支配收入增加、对清洁能源的需求和对高质量和不间断电力的需求激增是促进锂离子电池需求增长的一部分主要因素。锂离子电池技术的功率密度、安全性、充电时间、成本等方面会继续推进。 我们的用户信赖我们的产品、人员、技术和合作伙伴。 美国麦克仪器公司·电化学分析仪器的专家 正极/负极 锂离子电池正负极材料的发展是基于电池功率和能量密度的提高，以及电池寿命和充电循环热/化学稳定性的增强。 锂离子电池理论容量是由所使用的材料决定的。在电极加工过程中，颗粒形态-包括粒径、形状、密度、孔隙度和比表面积等知识，极大影响着电极的可制造性和理想特性。 孔隙率测定 电极孔隙结构直接影响活性材料和导电剂间颗粒的接触。孔隙率对传输锂离子非常有用。通过控制孔隙度，可以达到更高的极间电导率，以确保充足的电子交换，和足够的空间以满足正极嵌入锂离子电解质的通过/传输。嵌入过程中的孔隙阻塞/堵塞都会导致容量衰减。 粒度/粒形 颗粒粒度影响电池容量、循环和库仑效率。颗粒粒度会影响嵌入电极中的锂离子的固相扩散数量。较小的颗粒，特别是纳米颗粒，会导致循环时体积变化更小。这有助于减少机械应力，增加硬度和抗折能力。据报道，与单分散粒径分布相比，颗粒粒度分布宽度可能增加能量密度。控制颗粒粒度分布会可自定义调整高功率(单分散)或高能量密度(多分散)。粒形会影响封装密度。球形颗粒比纤维状或片状颗粒封装更紧密。储存在颗粒中的平均应变能密度随着圆度的增加而增加。纤维状和片状颗粒比球形形粒更稳定。 表面积 增大电极的表面积可提升电化学反应效率，并促进电极和电解液之间的，特别是在负极之内的离子交换，因为较高的表面积使得石墨颗粒间锂离子的扩散路径变短。较低表面积的材料更适合提高电池循环性能，使电池寿命更长。 表面电解质降解作用极其引起的热稳定性和容量损失，较大的表面积有一定局限性。纳米颗粒有很大的希望既可增加表面积，又同时避免容量损失。对于负极来说，更高的表面积使石墨颗粒间的锂离子的扩散路径更短，这有利于快速充电、更高放电倍率和提高电池容量。 电极的孔径、孔形和迂曲度直接影响储存在孔中的电解液锂离子的传输速率。生产工艺产生的电极微观结构对锂离子电池的能量密度，功率，寿命和可靠性有直接影响。 更好的理解制造工艺中造成的相邻孔、闭孔和通道的连通性，有助于确定最优的电解质和电极间作用。了解多孔电极孔道迂曲度和电解质的界面能够帮助确定微观结构是否限制了电池的性能。 隔膜/粘结剂评价 孔隙率测定 孔隙率是隔膜的一项重要参数。隔膜必须具有足够孔密度，才能储存电解液，以保证正负极之间的离子运动。孔隙率越高，电池内产生的热量越低，能量密度越大。 均匀分布的孔对避免离子流变化至关重要。隔膜内离子流变化越大，电极表面的作用就越强，电池循环寿命越短。过大的好隙率会阻碍了孔关闭的能力，而其对使隔膜关闭过热的电池相当重要。 孔径、孔形、分布和孔道迂曲度 隔膜孔径必须小于电极颗粒的粒径，比如电极活性材料和任何导电添加剂等。大部分隔膜有亚微米孔，可阻止颗粒透过。 均匀的孔分布可防止隔膜四周电流分布不均，而迂曲孔结构可抑制锂枝晶的生长。 液体电解液在商业化的锂离子电池中起到重要作用·能够进行正负极之间锂离子的传导·最常用的电解液是由锂盐所组成·如 LiPF的有机溶液等。为防止电极氧化和促进良好的循环寿命·电解液的纯度必须很高。除了锂盐之外，最后的电解质溶液中还含有多种添加剂。这些添加剂与 LiPF溶液混合·以防止形成锂枝晶和溶液降解。 Zeta 电位 为了进一步了解隔膜的传递机制，可用 Zeta 电位指示隔膜电解质的亲和力。对电池性能进行精细调整，以提升循环寿命。当隔膜具备低电解电阻和高水渗透性时，循环寿命将更长。Zeta电位还能提供关于电解液添加剂的膜亲和力的所需信息。 在隔膜和电解液的界面处由于电荷分离，存在电动力学现象。界面处zeta 电位影响带电电解质通过隔膜孔的扩散，界面处 zeta 电位可能阻碍或促进电解质通过隔膜。 Zeta 电位的值是一个体系稳定性的指标：无论正负，其绝对值越大，表明溶液越稳定。 聚合物电池：凝胶聚合物电解质 制造前和制造时的材料表征是确保电池组件的优化操作和最终电池组装的一项重要控制参数。从原材料到组件的制造丶电池的组装·材料表征在测定理想的电化学性能丶安全性丶电池循环和其他重要的参数方面·都起着重要的作用。 原材料的粒度/粒形 膨胀和收缩可能会引起界面应力，对电极性能产生不利影响，这一点可能引起电极材料和当前集流器之间的接触减少，从而引发孔径变化，导致电解质接触降降以及循环性能变差。 粒度和粒形影响着堆积密度，这也相应影响了电极厚度和能量密度。已经有研究表明，石墨的粒度分布和涂层箔中的颗粒取向，景响石墨负极的电化学性能。原材料的纯度也是一个重要因素，用于电极制造所使用的所有粉末和添加剂中金属杂质含量必须低。 辊压/固含量的测定 辊压是生产高性能电极过程中最重要的一步。电极膜的孔隙度和厚度会随着辊压的增加而降低。辊压也可能会改变电极的孔结构，最终被电解质影响膜的润湿性能。超出最佳条件的辊压会导致孔隙度和平均孔径的降低，从而引起循环性能的不可逆容量损失，高倍率循环和电池寿命降低。 固含量是辊压操作的一项控制参数，有助于测定辊压机的速度、压缩和夹角的最优设置。将固含量作为一项重要的质量参数可确保批次之间产品的一致性，并确保终端产品具有设计的和所需的电化学性能。 固含量、包裹密度和真密度 SF=固含量(相对密度)P.Pe= 涂层箔的包裹密度SF==. Po= 颗粒的真密度 55 54 53 52 电池的整个寿命中，物理变化和电化学反应的发生都会导致其性能下降，其最显著的表现是在充电和放电循环时的容量衰减，或者保质期缩短。 AccuPyc 1340 系列全自动气体置换法真密度仪 气体比重计测密度是世界公认的测量真体积/密度、绝对体积/密度、骨架体积/密度和表观体积/密度的最可靠的技术之一。该技术采用气体置换法测定样品体积，因此是一种无损检测技术。所用的置换介质为惰性气体，如氨气或者氮气。AccuPyc 的特点是分析速度快，准确性高，重复性和重重性好。 GeoPyc 1365 系列比重瓶通过独特的置换技术测定单片样品的包裹体积/密度和粉末材料的堆积体积和密度。为测定材料的包裹密度，GeoPyc 使用一种具备高度流动性的微球状准流体物质作为替代介质，该介质既不会浸润样品也不会进入到样品的孔结构中。GeoPyc 采集替代体积数据，进行 计算，然后显示/打印测试结果。 当 GeoPyc 配备 T.A.P.密度选配件后，即可用于测试堆积体积并计算颗粒和粉末样品的堆积密度。 这两台仪器的联合测定能够帮助用户精确计算某种物质的孔隙率和总孔体积。 密度类型 定义 材料体积 开孔体积 闭孔体积 颗粒间的孔隙体积 外部空 隙体积 AccuPyc 显示 真密度质量除以体积，不包含开孔和闭孔(或盲孔) AccuPyc ⅡI 骨架密度 质量除以包含闭孔(或盲孔)的总体积 包质量除以包裹体积(包裹密度 AccuPyc II 裹颗粒虚拟边界) 堆积密度 质量除以包含空隙的体积 GeoPyc GeoPyc 振实密度 在振实情况下粉体的堆积密度 GeoPyc 配备T.A.P密度选件  GeoPyc 1365系列全自动振实/堆积密度分析仪石墨负极的密度影响其充放电时的衰减，负极电极颗粒密度大，则其孔隙率低，电极的活性表面积小，就减少了电极/电解质的接触面积。真密度和包裹密度可确定嵌入的可用孔隙率，从而其确定电化学性能，不可逆容量和孔体积间有一定关联性。振实密度是反映体积能量密度的重要指标。振实密度越高，体积能量密度高，则电极镀膜层更密实（单位体积内更多的活性材料）。美国麦克仪器公司的GeoPyc 1365系列全自动振实/堆积密度分析仪针对电池正负极材料的包裹密度、振实密度等性能测试，具有一定的优势。GeoPyc使用了一个独特的替代测试技术，使用了一种具备高度流动性的微小刚性球状准流体物质作为替代介质，我们称之为Dry Flo。将待测样品置于Dry Flo床层之上，轻轻抖动，Dry Flo将与样品混合为一体，GeoPyc采集替代体积数据，进行计算，然后显示/打印结果。    •  仪器与配件报价     •   联系我们        •  产品培训产品特点分析结果精度高、重复性高紧凑台式设计，便于快速操作全自动化数据采集和报告样品无损检测，保持样品完整性智能触摸屏，方便操作技术GeoPyc使用了一个独特的替代测试技术，使用了一种具备高度流动性的微小刚性球状准流体物质作为替代介质，我们称之为Dry Flo。将待测样品置于Dry Flo床层之上，轻轻抖动，Dry Flo将与样品混合为一体，GeoPyc采集替代体积数据，进行计算，然后显示/打印结果。GeoPyc通过固体替代介质Dry Flo自动测试固体物质的体积和密度。该介质颗粒均匀，是一种刚性的球状物质，具有很高的流动性，可在检测过程中与样品紧密堆积在一起。其颗粒很小，在混合过程中可与粒径表面紧密贴合，但不会进入孔隙中。操作技术:GeoPyc采用智能触摸屏操作，全自动进行数据采集和报告，便于导入LIMS或其他数据收集系统。GeoPyc可选多种样品池，适用于多种形状和尺寸的样品。分析结束后，轻微的抖动即可除去样品中的 Dry Flo，因此样品可进行回收再利用以及进行重复测试。GeoPyc可实现多种操作模式。包含直接测空白、估算空白和参考固体差异校准，以便根据特定应用优化测试速度和精确度。在分析过程中，进行程序和初步结果的指示能够实时检查分析过程。样品具体信息可输入分析报告。报告功能GeoPyc具有智能触摸屏，可实现多种操作模式。包含直接测空白、估算空白和参考固体差异校准，以便根据特定应用优化测试速度和精确度。在分析过程中，进行程序和初步结果的指示能够实时监察分析过程。样品具体信息可输入分析报告。可用的报告：包裹密度体积校准空白报告压力校准仪器日志密度测量通常情况下，固体材料的体积可通过测量其长度、宽度和高度来计算。然而许多材料的表面并不规则，存在一些细小的裂缝和孔。其中，有一些空隙或孔是与表面相贯通，属于开放结构，而有一些则是封闭的。因此，材料的体积与测量技术、测量方法，以及分析条件息息相关。密度类型定义材料体积开孔体积闭孔体积颗粒间的空隙体积外部空隙体积显示True(Absolute)真密度质量除以体积，不包含开孔和闭孔（或盲孔）AccuPyc IISkeletal(Apparent)骨架密度质量除以包含闭孔（或盲孔）的总体积AccuPyc IIEnvelope封装密度质量除以封装体积（包裹颗粒虚拟边界）GeoPycBulk堆积密度质量除以包含空隙的体积GeoPycTAP振实密度在振实情况下粉体的堆积密度GeoPyc with T.A.P. function操作功能GeoPyc具有智能触摸屏，全自动进行数据采集和报告，便于导入LIMS或其他数据收集系统。GeoPyc可选多种样品仓，适用于多种形状和尺寸的样品。分析结束后，轻微的抖动即可除去样品中的Dry Flo，因此样品可进行回收再利用以及进行重复测试。T.A.P密度选配与传统的振实密度分析仪相比，GeoPyc T.A.P.密度选配件能够获取更为精确的结果，能够更为快速、更安静的获取更高重复性的结果。配备T.A.P.密度选配，GeoPyc可用于测试封装体积并计算颗粒和粉末样品（包含制药和电化学材料）在不用的压缩条件下的堆积密度。为测定T.A.P.密度，在将设定的力施加于样品过程中，样品仓不断的进行旋转搅动。力传感器将以牛顿为单位记录下固结压力，逐步测试固结活塞运动的距离。用户指定固结的力和每次分析的固结次数。Ge oPyc从每一次的固结和自动计算的体积和密度中整合平均测试结果，并以cm3和g/cm3为单位报告结果。美国麦克仪器孔隙度分析仪组合While skeletal and envelope volume measurements are significant in their importance as individual capacities, their combination permits the pharmaceutical scientist to also accurately calculate percent porosity and total pore volume. With this data a process engineer or quality assurance scientist can have greater knowledge of their process for improvement in both quality of product and optimization of the manufacturing process.GeoPyc封装密度分析仪GeoPyc利用一种由微小刚性球状物质组成的固体替代介质，具有很高的流动性，在混合过程中可与样品表面紧密贴合，但不会浸湿或进入孔中。测量块状样品的封装体积和密度，粉体材料的堆积体积和密度可选多种样品仓，适用于不同大小的样品。T.A.P.密度选配-测量振实体积并计算颗粒和粉末样品的堆积密度AccuPyc/GeoPyc 孔隙度组合AccuPyc II 1340系列全自动密度仪可快速高精度的测试及计算粉末、颗粒及浆状材料的体积和密度，绝大多数分析在3分钟内完成，只需简单操作，即可运行分析并得到最终的结果。无损测试，分析快速可编程用于自动重复或用于数据采集多种配置满足不同大小样品测试需要