專題約稿|比表面技術在鋰電材料研究中應用與展望

——“鋰電檢測技術系列——形貌分析技術”專題征文

(受訪企業(yè)：美國麥克儀器)

電池材料關心的結構、動力學等性能，均與電池材料的組成與微結構密切相關，對電池的綜合性能有復雜的影響。每一項性能可能與材料的多種性質有關，每一類性質也可能影響多項性能，具體問題需要具體分析，沒有特別統(tǒng)一的規(guī)律，這給電池的研究帶來了很大的挑戰(zhàn)。準確和全面的理解鋰電池材料的構效關系需要綜合運用多種檢測技術。

1) 貴公司在鋰電形貌分析方面，可以提供哪些儀器及技術?有哪些技術優(yōu)勢?

Particle Insight 全自動粒度粒形分析儀

基本原則

使用高速攝影機和閃光燈拍攝粒子運動時的高質量圖像。

高分辨率圖像被轉換為二進制，在這里計算實時粒子數(shù)據(jù)。

對多達32個形狀描述符進行實時數(shù)據(jù)分析，繪制統(tǒng)計數(shù)據(jù)以及分析用于運行后處理的每個粒子的縮略圖圖像。

循環(huán)系統(tǒng)允許對相同的同系物進行重新分析。過程優(yōu)化的必要條件。因為考慮到感知區(qū)的尺寸和相機的速度，每一個粒子都不太可能在一個過程中被捕獲。再循環(huán)確保了對所有顆粒的充分分析

隨機方向可確保粒子的完整分析。

特點

實時獲取結果，實時形狀和結果分析;圖像一旦捕捉被捕捉，立刻對他進行分析。

獲取多種類型結果：28中粒度/粒形參數(shù)，可關聯(lián)多種形狀測試結果

多方向樣品趨向：數(shù)據(jù)處理控制能力，統(tǒng)計過程控制，可追蹤用戶定義時間間隔內(nèi)的樣品形狀變化。

實時備份：數(shù)據(jù)鏡像可同時在多個位置儲存所有的分析數(shù)據(jù)，還可進行遠程監(jiān)測。

Particle Insight 全自動粒度粒形分析儀是一款具備最新技術的動態(tài)圖像分析儀，對于一些不僅僅只關注顆粒粒徑，還需要檢測顆粒形狀的應用來說，是非常理想的儀器。Particle Insight 全自動粒度粒形分析儀內(nèi)置多達28種的不同顆粒形狀參數(shù)，可實時獲取水/有機懸浮樣品的測試結果。

Particle Insight系統(tǒng)可適用于從3到300微米的多種粒度測試范圍。他獨特樣品內(nèi)循環(huán)模塊和光學配件，能夠在短時間內(nèi)有效的進行統(tǒng)計測試。同時，他還有自動填充和清洗功能，真正實現(xiàn)全自動操作。

瀏覽采集的數(shù)據(jù)和每個樣品的顆粒的縮略圖

分類窗口使用戶可瀏覽顆粒的所有數(shù)據(jù)和用戶定義的部分數(shù)據(jù)和統(tǒng)計表，還可通過形狀類型或統(tǒng)計描述對測試結果進行過濾。重要的是，用戶可以瀏覽分析中捕捉到的每一個顆粒的照片。

3) 貴公司針對鋰電形貌分析開發(fā)了哪些應用解決方案，請分別介紹?

鋰離子電池電極材料分析

組成電極材料的顆粒的大小和形狀以多種方式影響鋰離子電池的最終性能，包括影響填充密度、孔隙率、離子擴散和插層。減小顆粒大小可以減少插層時的體積變化，降低機械應力和斷裂風險。還有報道稱，可以根據(jù)電極材料的粒度分布調(diào)整電極材料的能量密度或功率，因為模擬表明，較寬的顆粒尺寸分布可以提供高達兩倍的單分散粒度分布的電極能量密度，而單分散尺寸顆粒分布在高放電率時提供最高的能量密度和功率密度。

鋰離子電池制造中的材料表征與失效分析

LiBS制備原料中顆粒的大小和形狀對電極的堆積密度有很大的影響，進而影響電極的厚度和能量密度。過大的顆粒會在循環(huán)過程中引起較大的體積變化，從而增加發(fā)生斷裂的可能性，從而對電池壽命產(chǎn)生限制作用。

石墨陽極中的粒度分布也會影響電池的電化學性能，因此，確保電極制造中使用的原材料具有正確的粒度是至關重要的。

4) 近兩年來，貴公司在鋰電領域的業(yè)界表現(xiàn)如何?

麥克儀器受益于國內(nèi)鋰電領域的快速發(fā)展;特別是動力電池板塊，受國內(nèi)新能源汽車產(chǎn)銷高增驅動且整體發(fā)展空間巨大。2018年我國鋰電池正極材料、負極材料和電解液的出貨量分別為27.5、19.2、14.25萬噸，分別同比增長28.5%、29.7%、29.6%;整體市場規(guī)模達到約2500億元。鋰電領域市場需求與日俱增，技術與時俱進，保持行業(yè)競爭力面對許多挑戰(zhàn)。而麥克儀器通過強大分析技術與創(chuàng)新儀器，幫助我們的合作伙伴保持行業(yè)競爭力。

麥克儀器在鋰電領域已被多家國內(nèi)外企業(yè)使用，包括LG化學、比亞迪等國內(nèi)外知名企業(yè)。我們提供企業(yè)非常全面的材料表征方案，如比表面積、孔徑、孔隙度、密度及粉體流動性等。鋰電產(chǎn)業(yè)鏈中各個環(huán)節(jié)分析中都可用到麥克儀器，如正極材料、負極材料、隔膜等環(huán)節(jié)，麥克儀器都發(fā)揮著至關重要的作用。這也使我們近兩年來，新能源行業(yè)的銷售額占總體銷售額12%左右，鋰電行業(yè)的銷售額占總體銷售額的10%左右，后續(xù)隨著鋰電領域的高速發(fā)展，麥克儀器在鋰電領域的發(fā)展將會更上一層樓。

5) 貴公司如何看待鋰電市場之于儀器商的發(fā)展前景?

目前，鋰電市場可分為消費電池、動力電池、儲能電池三類。消費電池因整體需趨于穩(wěn)定而增長勢頭一般。動力電池受整體新能源汽車產(chǎn)銷高增驅動，特別是2018年新能源汽車整體銷量達到201.82萬輛，同比增長64.47%;整體發(fā)展空間巨大。儲能電池目前在國家儲能支持政策的推動下進入成長期。

麥克儀器在鋰電產(chǎn)業(yè)鏈中各個環(huán)節(jié)中如正極材料、負極材料、隔膜等環(huán)節(jié)分析中都發(fā)揮著至關重要的作用，尤其是2018年鋰電池正極材料、負極材料的出貨量分別為27.5、19.2萬噸，分別同比增長28.5%、29.7%。全球各個國家相繼宣布在未來二十多年內(nèi)汽車產(chǎn)業(yè)電動化以取代燃油車對環(huán)境的污染。根據(jù)全彭博社發(fā)布的《2018電動汽車展望》，預計2022年全球動力電池裝機總量將達到703GWh，2025年全球新能源汽車有望超過1100萬輛。未來4年，我們有理由相信，我國正極材料、負極材料、薄膜等年平均出貨量增長率依然維持高位。

6) 貴公司將采取哪些措施加強對鋰電領域的拓展?

美國麥克儀器公司是全球領先的材料表征解決方案供應商，在密度、比表面積及孔隙度、粒度及粒形、粉體表征、催化劑表征及工藝開發(fā)等五個核心領域擁有一流的儀器和應用技術。

我們將在鋰電領域加強以下幾個措施以確保我們的競爭力。

一、與鋰電領域客戶深度合作

麥克儀器將與鋰電領域客戶深度合作，提供定制化的服務，幫助客戶保持行業(yè)競爭力。

二、加大鋰電領域儀器的研發(fā)力度

麥克儀器對于目前鋰電領域發(fā)展前景具有信心，我們將繼續(xù)加大對鋰電領域儀器的研發(fā)力度

三、加強培訓鋰電領域相關技術服務人員

麥克儀器為了更好的服務鋰電領域的客戶，我們將加強對技術服務人員關于鋰電領域知識的培訓，以幫助我們的技術人員更好了解與幫助客戶的需求。

麥克儀器將繼續(xù)憑借強大的分析技術和創(chuàng)新的儀器，幫助我們的鋰電領域的合作伙伴提升電化學性能的知識和理解，始終為他們保持其行業(yè)競爭力。

附：關于鋰電系列專題約稿

近十年間，在能源技術變革以及新興科技的帶動下，全球鋰離子電池產(chǎn)量進入飛速增長期，根據(jù)公開數(shù)據(jù)，預計2018年全球鋰電池增速維穩(wěn)，產(chǎn)量達155.82GWH，市場規(guī)模達2313.26億元。中國是鋰電池重要的生產(chǎn)國之一，2018年預計全國鋰電池產(chǎn)量達121億只，增速22.86%。

鋰離子電池產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，也為鋰離子電池檢測領域帶來新的機遇。隨著鋰離子電池基礎科學研究儀器水平不斷提升，幾乎各類先進科學儀器都逐漸在鋰離子電池的研究中出現(xiàn)，且針對鋰離子電池的研究、制造也開發(fā)了許多鋰電行業(yè)專用的儀器設備。

為促進中國鋰電檢測產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展，91儀器信息網(wǎng)結合鋰離子電池檢測項目品類，將從2018年12月起策劃組織系列鋰電檢測系列專題報道，為專家、儀器設備商、用戶搭建在線網(wǎng)上展示及交流平臺。鋰電檢測系列專題內(nèi)容征集進行中：【征集申報鏈接】               

系列序號

鋰電檢測技術系列專題主題

專題上線時間

1

鋰電檢測技術系列——電性能檢測技術

2019年1月【鏈接】

2

鋰電檢測技術系列——成分分析技術

2019年3月【鏈接】

3

鋰電檢測技術系列——形貌分析技術

2019年5月【鏈接】

4

鋰電檢測技術系列——晶體結構分析技術

5

鋰電檢測技術系列——X射線光電子能譜分析技術

6

鋰電檢測技術系列——安全性和可靠性分析儀器及設備