用粒子测量技术做锂电丛林中合格的边界粒径“猎手”

全球有超过 50,000 种分散中间体和最终产品由于其分散特性而具有特殊的功能性产品特性。例如，药物制剂的活性成分释放可以通过活性成分颗粒的细度来控制。水泥的凝结行为和强度或化学反应的速度也直接取决于所涉及颗粒的细度和相关的比表面积。流动行为、磨损行为、粉尘行为、堆积密度或溶解度是分散系统无数特性的进一步例子，可以通过粒度或形状及其分布进行具体控制

01【什么是颗粒测量技术？及原理】

单个颗粒的物理特性（例如尺寸或形状）或颗粒集合（例如颗粒尺寸分布）通常是开发和生产中产品设计的目标或基准。颗粒测量技术提供了这些物理特性的可靠表征，并为评估中间产品或最终产品的质量提供了适当的参数。粒子测量技术的应用广泛且具有高度异质性，例如

在应用领域，从处理的矿物和金属的原料，向制造和颜料，建筑材料或金属粉末，聚合物，精细和特种化学品，以及在制药和食品工业调节GMP的环境中的处理;

分析各种干湿分散的粉末、纤维和颗粒体系，到乳液、悬浮液和浆液，以及喷雾剂和气溶胶；

在粒子合成的工程过程和机械单元操作中，

通过粉碎或凝聚来改变

(a) 粒子大小或粒子形状

(b) 通过分离或混合来改变粒子集合的组成。

早在 1982 年。从那时起，粉末、纤维和颗粒可以根据产品进行干式测量 - 包括激光衍射和动态图像分析. 没有其他分散工艺能达到有效且温和的从亚微米到毫米范围的分散。速度、可重复性、可比性以及最重要的是高达 1,000 毫升的大样本量的高统计可靠性特别引人注目。但即使是微克范围内的最少量颗粒也可以通过复杂的触发算法完整记录。

可靠的分散决定了尺寸分析的信息价值 - 特别是对于细小、干燥和粘性颗粒的集合。RODOS 干式分散的原理与上游计量装置和强大的压缩空气喷射器确保有效和特定于产品的分散，尺寸范围从小于 0.1 µm 到 4,000 µm。计量最初会产生恒定的质量流量。针对产品定制的分散力可确保颗粒的有效分离，这些颗粒作为自由气溶胶射流中的单个颗粒被送入传感器。这对于细小、强烈团聚的颗粒和亚稳颗粒和粗颗粒的温和分散一样可靠。

RODOS干法分散原理:

RODOS 喷射分散器中的分散效果是由长而直的分散部分中的特殊流动引导产生的，最终使单个和强烈加速的颗粒释放到自由气溶胶射流中。产品在流动轴上供应，并启动颗粒与压缩空气或惰性气体的直线加速和混合。通过预压和环形间隙精确调节产品的分散能量。高空气通量、扩展和最终光束形成确保高达 100 m / s 的高出射速度和用于分析的气溶胶云的最佳光学稀释。这样，难以分散的颗粒，如残留水分，基本的分散效应由气流中的速度梯度（湍流）以及粒子-粒子和粒子-壁碰撞组成。

为了使 RODOS 分散体最佳地适应相应产品的粒径，建议使用具有合适内径的分散体部分。

02 【应用及技术发展】

应用领域：

粉体的边界粒径即粒度分布中的Dmin和Dmax（最小值和最大值）。比方说，对于建筑涂料而言，它影响的是流平性和上粉率；对于生物医药而言，它影响的吸收率和比率……不同行业对它的敏感度大相径庭，比如锂电池中包括正负极材料、隔膜涂覆在内，边界粒径都是严重影响其最终电化学性甚至安全性的重要参数。因此，锂电也是为数不多的，几乎对全部相关原材料边界粒径甚至边界颗粒绝对数量有着高要求的行业，业内评价相关检测设备的重要标准正是能否准确快速地“捕获”超限粉体！

明确锂电池生产各个环节对粒度测试提出了哪些要求，有利于帮助我们理解行业为何对其

锂电池生产流程对粒径测试（红框）和大颗粒严格控制（蓝底）环节示意图

从整个产业链，从上到下依次是硅料—硅片—电池—组件。颗粒硅是硅料环节的新工艺。与之相对的传统工艺，常被称为棒状硅。（注：制备棒状硅的方法是改良西门子法，制备颗粒硅的方法是硅烷法）无论是颗粒硅，还是棒状硅，它们都属于多晶硅硅料，都是生产电池片的上游原料。

理论上，颗粒硅相较于棒状硅的优势，在于以下3方面：

1 电力成本更低。

传统棒状硅的工艺，电力在总成本中的占比最大，达到41%。而生产颗粒硅的综合电耗，仅是棒状硅的1/3；

2 折旧成本更低。

传统棒状硅的工艺，会产生大量的副产品（四氯化硅），故而在建设生产线时需要额外的设备，将副产品循环利用，这导致了固定设备投资成本高，进而增加了以后的这就成本。颗粒硅工艺则避免了这种情况，使得每万吨的投资成本，从棒状硅工艺的10亿元，降到了6～8亿元。这相当于折旧成本降低了30%；

3 下游加工方便。

棒状硅在投料之前，需要先破碎。除了增加成本之外，还可能导致硅料污染，从而降低下游良品率。而本身就是小颗粒的颗粒硅，不仅免去了这些破碎的工序，而且投料的装填量更大，提高了下游的效率。

比如石墨粉的粒度和颗粒形状：

石墨是纯碳的自然表现形式，具有特殊的六边形晶体结构，排列成几个平行的水平，称为石墨烯层。这种各向异性结构赋予石墨特殊的性能，例如导电性或沿各个层的特定强度，以及轻微的易裂性和良好的滑动和润滑性能。最重要的是，它非常耐热，升华点超过 3,800°C，具有高导热性和化学惰性。因此，它作为一种材料的用途是多种多样的，例如用于电极、电池或滑动触点（刷子）、耐火产品和熔炉、复合材料、自润滑轴承或通常用作干润滑剂。天然石墨被开采和加工。然而，

进一步加工或直接应用所需的石墨最终粒度是通过各种研磨工艺获得的。颗粒的大小、形状和粒度分布最终由石墨的功能特性和最终产品的质量决定。通常仍然使用传统的筛选分析和显微镜来分析粒度和颗粒形状。激光衍射和动态图像分析提供了更强大的表征石墨颗粒大小和形状的方法。

03【品牌推荐及选型方案】

Sympatec 开发、制造、销售和支持一系列最佳仪器，用于在实验室和工艺应用中分析粒度和形状。通过不断的创新，我们为可持续和高性能传感器技术、产品特定的分散和配料系统以及适应过程的采样方法的发展做出了重大贡献。我们提供强大且经过验证的系统技术，用于可靠表征干湿分散颗粒集合，例如粉末、颗粒、纤维、悬浮液、乳液、凝胶、喷雾剂和吸入剂，颗粒尺寸范围从小于 1 纳米到超过 30 毫米.

我们的工具组合是基于四种基本传感器技术激光衍射，动态图像分析，超声消和动态光散射与光子交叉相关光谱学。物理测量原理在很大程度上决定了仪器设计。为了使待测量的产品不必在复杂的样品制备中适应测量系统，我们注重模块化系统架构，该架构能够灵活地和产品特定地适应相应的应用。我们的目标是测量原始状态的粒子系统。这可以通过大量分散系统和使用QICPIC进行HELOS 激光衍射和动态图像分析的剂量选项。该传感器是测量系统的心脏，并且与它的光具座，来确定用于可选的更换型光学，分散器和分配器的整合的概念。中央系统架构还包括控制和评估软件，它集成和控制所有系统组件和外围设备。我们的高性能应用软件构成了所有使用的传感器技术的通用平台。我们的系统在全球范围内用于科学和工业应用领域

分散粒子系统的质量控制 从进货到最终产品

在产品和方法开发中

在技术流程“放大”的所有阶段| 从实验室到生产规模

在程序过程的控制和管理中。

所有仪器都能以最短的测量时间可靠地提供高精度、可重复和可比较的结果。使用相同的测量原理可确保实验室和过程应用之间的测量结果具有出色的可比性。

04【结语】

新能源汽车产业在全球范围内受到热捧，我国《新能源汽车产业发展规划（2021-2035）》中提到新能源汽车新车销量在2025年占比达到20%左右，而国内发展技术最成熟的锂电池纯电动车在2019年的销量近100万辆，可见未来市场有很大发展空间。但是，目前锂电池成本、续航和安全问题仍亟待突破，而在锂电正负极材料的研发和制备中，粒度控制是连续合成工艺的核心技术。锂电从业人员只有手握利器，才能更好地推动行业快速走向光明的未来。