粉末表征：迈向未来电池改进的一步

2026-04-07

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引言：为何使用粉末表征来改进干法工艺？

用于电极制造的干法工艺是电池生产的未来。事实上，与需要使用浆料将活性材料涂覆在集流体上的传统工艺不同，干法工艺免除了溶剂的使用。这节省了通常用于干燥铺展后浆料的大量能源和时间。此外，这些溶剂已知是有毒的，因此避免使用它们对环境还有额外的有益影响。因此，干法工艺处理的是粉末形态的电池材料。这些材料通常由活性材料（锂氧化物、硫、石墨、硅等）、导电添加剂（通常是炭黑）和粘合剂（聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯、聚丙烯等）组成。

每种材料在电池中都有其作用，也有其自身的流动行为。由于用于电极制造的粉末材料是这三种组分的混合物，因此混合物的流动性和整体性质将取决于每种组分的行为和比例。因此，预测这种混合物的整体行为及其对制造工艺的影响可能具有挑战性。因此，表征此类粉末材料的行为以避免问题并改进干法工艺至关重要。

用于干法电极制造的粉末流动性仪器

粉末必须具有足够的流动特性以满足制造工艺的要求，这会影响电极的最终质量。这些要求根据所考虑的干法工艺不同而有所差异。

例如，对于干法涂布方法，需要向粉末混合物中添加聚四氟乙烯粘合剂，并使其原纤化。这一步是通过团聚的 PTFE 粘合剂创建原纤的过程。这直接影响粉末的流动性，而粉末必须表现出适当的原纤化程度，以保证良好的电极一致性。因此，表征和量化这种原纤化程度及其对材料流动性的影响非常重要。

振实密度分析仪 GranuPack 以及基于旋转滚筒法的粉末流变仪 GranuDrum 是研究从准静态到动态剪切状态下粉末流动性的合适仪器。此外，GranuPack 和 GranuDrum 可以在特定温度（从室温到 200°C）下进行测量。考虑到干法涂布工艺通常在高于室温的温度下进行，这一功能非常有价值。因此，粉末测试可以在与干法涂布工艺相似的温度和剪切状态条件下进行。

另一个例子是使用静电充电粉末涂覆集流体的干法喷涂方法。粉末被充电并通过喷枪喷涂在接地的集流体上。粉末应表现出适当的电荷积累，以形成高质量的涂层。粉末的可充电性是改进此类工艺需要控制的重要参数。因此，需要一种能够量化粉末在流动过程中积累电荷能力的方法。

使用法拉第筒测量静电电荷的电荷分析仪 GranuCharge 正是为此目的而专门设计的。该仪器可以评估流动前后粉末的静电电荷密度，并通过比较这两个值来量化可充电性。此外，GranuCharge 在与 GranuMidity 耦合时，可以在特定湿度下进行测量。由于已知粉末中的摩擦起电受空气湿度影响，因此在相同环境条件下评估可充电性非常重要。

事实上，众所周知，一些材料（如富镍正极活性材料）会因空气湿度而改变，从而影响电池的最终性能。为了解决这个问题，电极制造可以在干燥空气条件下进行，但这会影响粉末的可充电性，进而影响干法喷涂工艺的性能。

结论：粉末流动性表征是迈向电池改进的一步

电极制造工艺越来越直接地处理以粉末形式混合的原材料。因此，表征此类粉末的流动性对于未来的工艺改进至关重要。为此，GranuPack 和 GranuDrum 是测试粉末流动性的理想工具，涵盖从准静态到动态的流动状态，以及从室温到 200°C 的范围，与粉末材料在制造过程中承受的剪切速率和温度条件相匹配。

在某些特定应用中，GranuCharge 提供了对粉末可充电性的有用量化，并且与 GranuMidity 结合使用，可以评估空气湿度的影响。

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