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DKSH行業(yè)洞察 | 引領電動汽車電池行業(yè)

2023-11-28 09:00 3265

通過分析電池材料顆粒大小和形狀釋放潛力

上海2023年11月28日 /美通社/ -- 近日,大昌華嘉中國科技事業(yè)部科學儀器部總經(jīng)理林波(Cathleen Lin) 分享了行業(yè)觀點,探討了電池材料顆粒大小和形狀如何影響電池性能,并將如何推動電動汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。

現(xiàn)如今,電動汽車(EV)產(chǎn)業(yè)不僅僅是交通運輸,更是改變我們未來的力量。引入低碳和可持續(xù)發(fā)展的理念:推進能源革命和構建清潔低碳、安全高效能源體系。

隨著全球?qū)﹄妱悠嚨男枨蟪掷m(xù)增長,對能夠提供更長續(xù)航里程、更快充電速度和更高可持續(xù)性的先進電池技術的需求也在不斷增加。而在這一切創(chuàng)新的背后,電池材料的微觀結構,動力學決定其優(yōu)質(zhì)的性能,對電池的綜合性能有復雜的影響,也直接影響到電動汽車的安全性和使用性能。

準確和全面理解鋰電池材料的構效關系需要綜合運用多種檢測技術。電池材料顆粒大小和形狀的分析起著至關重要的作用,這將直接塑造EV和更廣泛的能源格局的未來。

電池材料顆粒大小和形狀:一場顛覆性的變革

電池的性能在很大程度上依賴于其核心材料的特性,尤其是正極、負極、電解液和隔膜材料。在眾多影響電池性能的因素中,電池材料的顆粒大小和形狀正變得越來越重要。

提升能量密度 

電動汽車發(fā)展的一個關鍵方面是最大化能量密度。電池材料內(nèi)部的較小顆粒提供了更大的電化學反應表面積。這轉(zhuǎn)化為增加的能量存儲能力,使得電動汽車能夠在單次充電中行駛更長的距離。通過精確控制顆粒大小,研究人員正在推動能量密度的極限,這是電動汽車廣泛應用的關鍵因素。

優(yōu)化電極性能

顆粒形狀在決定電極材料的填充密度和孔隙度方面起著關鍵作用。良好定義的顆粒形狀會促進高效的填充,減少內(nèi)部電阻并提高電子在電池內(nèi)部的流動性。這導致了更快的充電-放電速率和卓越的整體性能,使得電動汽車在加速和續(xù)航方面更具競爭。

另外負極材料是鋰離子電池的關鍵材料之一,鋰電池負極材料在鋰電池中起儲存和釋放能量的作用,主要影響鋰電池的首次效率、循環(huán)性能等。

鋰電池負極材料由碳系或非碳系材料等負極活性物質(zhì),碳系材料可以分為石墨、硬碳、軟碳和石墨烯等負極材料,需要對負極材料測試元素含量特別是碳元素含量來進行質(zhì)量控制。

改善電解液和隔膜 

顆粒特性也影響到電解液和隔膜。微調(diào)電解液中顆粒的大小和形狀可以提升離子傳導性,直接影響電池的充電-放電效率。此外,設計具有受控孔徑的隔膜可以提高安全性并延長電池壽命。

優(yōu)化電池漿料穩(wěn)定性

鋰電池漿料主要由活性物質(zhì)、導電劑、粘結劑及溶劑等組成,其分散相由不同粒徑、形貌、密度的顆粒組成。

對應的分散介質(zhì)分為油性溶劑NMP(常作為正極漿料溶劑)和水性溶劑去離子水(常作為負極漿料溶劑)。在鋰電池極片制備過程中,制漿工藝作為最前端工序,其獲得的漿料質(zhì)量及工藝穩(wěn)定性對整個生產(chǎn)工藝將產(chǎn)生重大影響。

電池漿料的許多成分 - 電極材料、石墨、聚合物粘合劑和溶劑 -它們相互連接的結構對于電極涂層的質(zhì)量起著至關重要的作用,其中一個重要因素是 zeta 電位。 漿料中顆粒的 zeta 電位決定了這些顆粒是否易于聚集。

電池安全性能以及缺陷檢測

在不破壞樣品的情況下,通過斷層掃描方式,看清楚樣品和本體材料內(nèi)部的 三維立體微觀結構特征。 針對各類型電池,可無損觀測內(nèi)部結構,包括電極纏繞情況,多次充放電后的內(nèi)部結構變化,穿刺試驗后 的內(nèi)部結構損傷,夾雜物分布等各類缺陷分析。

充分了解對電池安全性能的影響,通過缺陷檢測提升電池安全性能。

先進分析儀器的作用

在尋求卓越的電動汽車電池時,先進的分析儀器扮演著關鍵的角色。靜態(tài)光衍射(激光粒度儀),動態(tài)光散射(納米粒度儀),多重光散射(穩(wěn)定性分析儀),ZETA電位儀,容量法氣體吸附(比表面及孔徑分析儀),光學座滴法(接觸角測量儀),X射線熒光(XRF),高溫燃燒法有機元素分析儀(OEA)等材料表征技術為顆粒大小、形狀和分布提供了寶貴的見解。

通過利用這些尖端技術,研究人員可以更深入地了解電池材料,從而做出基于數(shù)據(jù)的決策,加速EV電池材料的創(chuàng)新。

結論:

隨著電動汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展,分析電池材料顆粒大小和形狀正逐漸成為創(chuàng)新的關鍵推動因素。通過利用先進的分析儀器,深入了解顆粒特性,研究人員正在改變EV電池的發(fā)展格局。在大昌華嘉科學儀器,我們自豪地成為這一變革旅程的一部分,助力明天的電動汽車,并為我們的星球推動可持續(xù)進步。我們共同為子孫后代打造一個更加明亮、綠色的未來。

大昌華嘉科學儀器:與您攜手并進的合作伙伴

在大昌華嘉科學儀器,我們理解精確分析在EV電池行業(yè)的重要性。我們?nèi)娴南冗M分析儀器組合,加上我們專業(yè)的技術支持,賦予研究人員探索電池材料潛力的工具。通過我們的專業(yè)技術支持和對創(chuàng)新的承諾,我們致力于推動可持續(xù)交通的未來。

關于作者

林波(Cathleen Lin) 是大昌華嘉中國科技事業(yè)部科學儀器部總經(jīng)理。她在儀器儀表行業(yè)擁有豐富的背景,在中國的銷售和營銷、產(chǎn)品管理和業(yè)務開發(fā)方面擁有超過 25 年的經(jīng)驗。她擁有復旦大學應用化學學士學位和華東理工大學MBA學位。

消息來源:大昌華嘉
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