大小分布

负极材料作为锂离子电池的核心材料，对锂离子电池的能量密度、充放电性能、循环性能、生产工艺等起着至关重要的作用。负极材料的主要技术指标包括粒度、比表面积、振实密度、真密度、灰分、pH值等。其中，粒度分布作为负极材料的重要技术指标，它还影响比表面积和振实密度，从而影响锂离子电池的生产工艺和综合性能。一、粒度分布对锂离子电池性能的影响负极材料的粒度分布主要从以下几个方面影响锂离子电池的生产工艺和性能：1、粒度分布影响体积能量密度负极材料的颗粒大小应当具有合适的粒度分布，体系中的小颗粒能够填充在大颗粒的空隙中，有助于增加极片的压实密度，从而提高电池的体积能量密度。2、粒度分布影响充放电性能负极材料的颗粒越小，锂离子嵌入时所需要克服的范德华力也就越小，嵌入越容易进行，而且颗粒越小，锂离子嵌入和脱出的通道越短，越有利于快速达到充分嵌锂状态，从而具有更好的充放电性能。3、粒度分布影响循环性能实验表明，颗粒越小的石墨负极有较大的初次容量，但不可逆容量也较大；随着粒径增大，初次充放电容量降低，不可逆容量减少。同时，石墨颗粒越小，与电解液接触的比表面积越大，初次充放电过程中形成的SEI膜所消耗的电荷就越多，不可逆容量损失也就越大。因此，合理的粒度分布不仅能够提升锂离子电池的初次容量和初次效率，而且能够提升锂离子电池的循环性能。4、粒度分布影响生产工艺负极材料的粒度分布会直接影响电池的制浆和涂布工艺。在相同的体积填充份数情况下，材料的粒径越大，粒度分布越宽，浆料的黏度就越小，这有利于提高固含量，减小涂布难度。颗粒的粒径以及分布宽度对浆料黏度的影响二、负极材料对粒度的要求在负极材料相关的标准中，对材料颗粒的粒度分布提出明确的要求，具体如下：三、欧美克高性能激光粒度分析仪如何满足锂离子电池材料粒度检测要求负极材料的研发、生产及来料检验普遍采用激光粒度分析仪进行粒度检测，选择高性能的激光粒度仪是获得准确粒度分布信息的重要保证。对于一款高性能的激光粒度分析仪，往往采用合理的光学结构、高性能的光电元器件以及科学的反演模型，从而体现出良好的重复性、重现性、真实性、分辨率等测试性能。珠海欧美克仪器有限公司从1993年开始从事激光粒度分析仪的研发、生产和应用，积累了丰富的激光粒度分析仪研发、生产和应用经验。从1999年开始，欧美克激光粒度分析仪系列产品在锂离子电池研发、生产领域逐步获得行业认可。下面，从几个小案例管中窥豹，看看欧美克如何匠心智造每一款产品，又是如何站在行业应用的角度为用户提供粒度解决方案的。1、大角散射光的球面接收技术（DAS）的应用确保散射光能信息的准确获取对少量的大/小颗粒及样品各个粒径组分的准确识别，需要仪器制造商在无盲区光学设计、高精度元器件、装配工艺、算法及软件智能控制上不断优化，提高产品分辨能力。例如早先的激光粒度仪将多个光电转换元件探测通道放置在一块或两块平面上，然而傅立叶透镜的聚焦面通常呈弧形分布，平面布置的探测器很难将所有角度的散射光能信息都准确地聚焦获取。以欧美克LS-609型激光粒度分析仪为例，在散射光能探测器的设计时，将常见的失焦影响较大的多个大角探测器通道以分个独立的方式放置在与其散射角相对应的傅立叶透镜焦点位置，保证所有散射光角度的信号都是无混杂的，提高了散射光分布角度分辨能力。与此同时，各个独立的探测器有利于在探测器上布置杂散光屏蔽装置，同时也防止了散射光在不同探测器上的相互干扰，进一步降低系统的噪声，提高细微差异的分辨能力。大角散射光的球面接收技术（DAS）2、优良的测试性能准确反映出测试样品的细微差别（1）Topsizer对粉体材料的大、小颗粒具有高超的分辨能力欧美克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下图所示，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。如果对于对少量小颗粒特别关注，在软件上，甚至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。下图是应用欧美克Topsizer激光粒度仪对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。（2）LS-609激光粒度仪具有优良的重现性下图是欧美克LS-609激光粒度仪对磷酸亚铁锂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。 此外，不同使用环境还可以选配不同的进样器，分析软件还具有用户分级、权限管理、数据完整性及可追溯功能，欧美克激光粒度分析仪真正做到了性能可靠、操作简单、维护量少，是值得信赖的高性能激光粒度分析仪。参考文献【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】珠海欧美克仪器有限公司，激光粒度分析仪在锂离子电池行业中的应用【3】苏玉长，刘建永，禹萍，邹启凡，中南大学材料与工程学院，粒度对石墨材料电化学性能的影响【4】旺材料锂电，锂离子电池负极材料标准最全解读【5】中国粉体网，粒度对负极材料有什么影响？

相变材料PCM的配方稳定性与粒径分布的关系相变材料 (PCM) 可以将热能以潜热的形式储存起来。通过在特定温度水平下储存或释放热量，熔化和凝固在几乎恒定的温度下进行，这使得 PCM 成为需要恒定温度的系统的良好选择。分散体是一种包含连续相和分散相的两相流体。相变分散体 (PCD) 定义为在分散相中使用 PCM 的分散体（所有利用分散相相变的不同类型的乳液或悬浮液从此被称为 PCD）。 PCD 的性质，如粒度分布、热特性、粘度和稳定性，在很大程度上取决于分散相和所含化学剂的含量。例如，稳定性（表示 PCD 中的 PCM 颗粒是否保持其形状或保持多长时间）可以通过调整粒度分布来控制，而粒度分布主要受乳化剂的类型和数量以及所施加的剪切能的影响。如图 1 所示，乳化剂在 PCM 周围形成边界层，以防止聚结、乳化和聚集等不稳定效应。图1 PCD 内分散 PCM 和功能性化学剂的模型配方为了找到理想的配方，测试不同的成分和质量分数的组合。对于所有样品，PCD 的主要成分是水。分散相由有机化学品混合物组成，主要成分是石蜡 (RT25HC)。乳液采用不同配方和数量（1 至 8% 质量分数）的乳化剂生产。一种适用的乳化剂是 C16 至 C18 部分乙氧基化醇的混合物，用于提高 PCD 的稳定性。为了防止过冷，将熔点较高的肉豆蔻酸作为成核剂（0.5 至 5% 质量分数）添加到分散相中。为了生产乳液，通常使用转子-定子的均质机。实验中使用转子-定子型均质机，剪切速率为 20,000 至 50,000/s。均质时间在1至10分钟之间。不同配方组成如下粒度分布分散体中的粒度分布 (PSD) 主要取决于配方（乳化剂）、剪切速率和剪切强度。它通常用于确定任何分散体的质量。小液滴和窄粒度分布有利于稳定性。稳定性分析保质期对于工业环境中的实际使用非常重要。为了确定 PCD 的长期稳定性，采用稳定性分析仪进行测试。LUMiSizer是一种能够加速样品内的乳化和沉淀，从而引起不稳定性。功能设计如图2所示。PCD 样品暴露在高达 2300 倍的重力加速度 g 下。然后通过将测量时间乘以离心机内施加的重力加速度来计算 g = 9.81 m/s2 时的“预期”寿命。在此过程中，会生成传输曲线（如图3所示），其中包含有关 PCD 浓度偏差的所有信息，表明发生了乳化或沉淀过程（“ISO/TR 13097”）。根据获得的数据计算出量化 PCD 保质期的不稳定指数。不稳定指数值低表示稳定且寿命长。在我们的定义中，只要不稳定指数不超过其自身最终不稳定指数（最大可能不稳定性）的 10%，就认为样品足够稳定。如图5所示，最小不稳定指数线（略低于 10% 的虚线）与相应样品曲线的交点决定了最大寿命。例如，可以看出，含有 8% 乳化剂的配方的寿命约为 140 天。图2 图3结果讨论粒度对乳液的稳定性有很大影响。颗粒较小的 PCD 通常比颗粒较大的 PCD 更稳定。通过调整乳化剂的量，粒度会受到影响。如图4所示，基于 E2 的配方中乳化剂含量的增加会降低平均粒度以及最大粒度 d99。比较图4和5，可以注意到，粒度最小的 PCD（因此乳化剂量最高）也是最稳定的。有趣的是，稳定性并不强烈地遵循粒度分布。例如，使用 7% 的乳化剂（第二多的量）不会导致第二稳定的分散体。这意味着颗粒大小并不是稳定性的唯一标准；粘度也会影响稳定性。一般来说，较高的粘度有利于 PCD 的保质期。图 4 在剪切速率为 20,000 s&minus 1 和分散时间为5分钟时，PSD 与乳化剂质量分数的关系图 5 在剪切速率为 20,000 s&minus 1 和分散时间为5分钟的情况下，保质期与乳化剂质量分数的关系这些说法得到了斯托克斯定律的支持，该定律表明，颗粒在密度不同的流体中的沉降速度与颗粒大小的平方和分散体动态粘度的倒数成正比。因此，较小的颗粒尺寸分布是 PCD 稳定性的必要但不充分条件。因此，PSD 可以用作指标，但为了安全地预测有效稳定性，需要使用 LUMiSizer 进行稳定性分析。图 6 将 8% 乳化剂应用于配方 E2 时 PSD 与剪切速率和分散时间的关系图 7 将 8% 乳化剂应用于配方 E2 时，不稳定性指数与剪切速率和分散时间的关系在图6和7中，说明了 PCD（配方 E2）生产过程中剪切速率和分散时间的影响。随着通过搅拌输入的能量增加，颗粒大小的行为以及稳定性通常会改善。可以通过延长分散时间或增加剪切速率来插入额外的能量。图7表明，两种效应相互独立，延长了保质期。恒定剪切速率下较长的分散时间或恒定分散时间下较高的剪切速率可提高 PCD 的稳定性。图6中的粒度分布也得出了同样的结论，其中平均粒度以及最大粒度 D99 明显减小。然而，粒度减小的速度减慢，并且颗粒会收敛到最小可实现尺寸，该尺寸因所用乳化剂而异。PCD 对稳定性的要求不同，取决于其当前用途，因此需要不同的最小平均粒度来确保稳定的分散。总结1、 粒径的大小不能完全代表分散体的稳定性，还与其他参数有关，需要使用稳定性分析仪LUMiSizer来准确测量2、通过LUMiSizer能快速筛选出稳定性最佳的配方和工艺方案。

国际著名学术期刊《自然》最新发表一篇天文学论文称，根据韦布空间望远镜(JWST)的观测结果，地球大小的系外行星TRAPPIST-1b上未发现大气的迹象。该论文介绍，研究人员利用哈勃望远镜和斯皮策空间望远镜，通过投射光谱技术观测了TRAPPIST-1系统内的所有行星，但并未探测到任何大气特征。TRAPPIST-1b是距离该系统的M型矮星最近的行星，接收的辐射是地球从太阳接收辐射的4倍。这种相对较大幅度的恒星加热表明，TRAPPIST-1b的热发射也许是可测量的，而这或能用来了解该行星的大气。论文通讯作者和第一作者、美国国家航空航天局(NASA)艾姆斯研究中心托马斯格林(Thomas Greene)和同事与合作者一起，利用韦布望远镜上可观测中长波辐射的中红外设备(MIRI)，评估了TRAPPIST-1b的热发射。他们探测到了该行星的次食(当TRAPPIST-1b运行到M型矮星背后时)，并测量了该行星白昼侧的温度及其大气特性。论文作者指出，对他们研究发现的最直接解释是：几乎没有或只有很少的行星大气能让来自宿主星的辐射再分布，而且几乎没有可探测到的来自二氧化碳或其他物种的大气吸收。这或许是因为TRAPPIST-1b吸收了来自M型矮星的几乎所有辐射，而且没有高压大气。该地球大小系外行星上缺乏充足大气的研究结果，与建模预测结果也是一致的。论文作者表示，今后的观测有望使人们进一步理解TRAPPIST-1b上热的再分布，以及M型矮星类地行星的性质和它们与太阳系同类行星的差异。