本文是在粒度檢測與控制這個細分領域，闡述鋰離子電池材料行業粒度分析相關的話題。從激光粒度儀檢測粒度的視角，以磷酸鐵鋰材料粒度表征為代表，綜述了粒度的重要性和粒度分析的關鍵問題。

激光粒度儀在磷酸鐵鋰材料生產制造和使用產業過程中的應用，如何建立合適的粒度質控參數和標準，以及粒度測試方法學開發概述等。希望這些內容對讀者能有所幫助。

鋰離子電池是一種常見的二次電池(充電電池)，由于其具有容量大、功率密度大、壽命長、環保等優點，已經廣泛應用于移動l電話、筆記本電腦等便攜式電子電器領域。近年來，隨著新能源汽車的興起，大容量鋰離子動力電池的市場需求日趨增大，如何制造低成本、高性能和高安全性的鋰離子動力電池以滿足其在新能源交通領域的應用成為國內外的研究熱點。

鋰離子電池由正極、負極、隔膜和電解質四部分組成。以常見的商品化圓柱電池為例，基本組成如下圖所示，正極涂覆在鋁箔上，負極為層狀石墨涂覆在銅箔上，正、負極之間有一層多孔塑料膜隔開，隔膜導通鋰離子不導通電子，電解質的作用是為鋰離子提供運動媒介。

鋰離子電池的電化學性能主要取決于電極材料和電解質材料的結構和性能。當前商業化的鋰離子電池負極材料主要使用層狀石墨或者其他碳基材料，工藝已經比較成熟，成本較低。相對而言，正極材料作為鋰離子電池的最重要組成部分，是決定電池的安全性、容量和價格的關鍵因素。因此，鋰離子電池正極材料的制備工藝及性能的研究成為關鍵。

作為鋰離子電池正極材料的化合物需要滿足以下條件：能產生高開路電壓，平穩的充放電電壓平臺，大鋰容量，高質量能量密度，高體積能量密度，優異的快速充放電能力，良好的循環性能，較高的結構、化學、熱穩定性，易與產業化等等。

目前主要的正極材料有：LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4及其衍生物、三元材料、LiFePO4等。為了使材料盡可能的滿足鋰離子電池的要求，研究多集中在對現有材料進行改性，以及改進制備方法。另一方面是開發新的正極材料。

學者Goodenough等于1997年提出橄欖石結構的磷酸鐵鋰(LiFePO4)材料具備可逆性的嵌入脫出鋰離子(Li+)的特性，開始作為一種新型的鋰離子電池正極材料受到廣泛關注。

LiFePO4具備結構穩定、理論比容量高、循環性能好、熱力學穩定性好、生產成本低、制備工藝簡單、環境友好、安全等優點。與其他的鋰離子電池正極材料相比，LiFePO4原料來源更廣泛、價格更低廉而且污染少。尤為重要的是，LiFePO4中的離子基團和晶體結構非常穩定，使得這種材料在充放電過程中具備較好的穩定性和較長的循環壽命。因此，LiFePO4被認為是*具潛力的動力型鋰離子電池正極材料之一。

由于LiFePO4本身固有的原因，純的LiFePO4材料存在一些缺陷：鋰離子擴散系數低、電子電導率低、倍率性能低、低溫性能差、體積比容量低(振實密度不高)等。所以很多研究都提出對純的LiFePO4材料進行改性，以提高導電性，改善電化學性能，增強循環性能和倍率性能等。目前對LiFePO4材料改性的途徑主要有：碳包覆改善電子導電性、摻雜金屬離子改善電子導電性、導電有機物包覆、合成小粒度材料減少擴散距離、合成粒度可控的類球形顆粒等。

LiFePO4在自然界中以磷鐵鋰礦的形式存在。目前工業化生產LiFePO4主要采用人工合成的方法。主要可分為液相法和固相法。

液相法將原材料在液體中混合，利用自發熱制備成凝膠前驅體后燒結制備磷酸鐵鋰，包括共沉淀法、水熱法、溶膠-凝膠法等。固相法將鐵源、磷源、鋰源通過機械研磨均勻后在高溫煅燒碳包覆制備磷酸鐵鋰，包括高溫固相燒結法、碳熱還原法、微波燒結法等。

液相法和固相法各有優缺點，工業化生產采用何種方法需要從成本、工藝控制難易程度、性能好壞等方面考慮，本文篇幅有限不做詳述。

在材料制備和應用過程中，表征技術對鋰離子電池材料科學與技術的發展至關重要，鋰電池材料表征內容主要包括化學組成、材料形貌、晶體結構、微觀組織、表面結構、輸運特性、力學特性、熱學特性等。隨著技術的不斷發展，要準確和全面地理解電池材料的構效關系，就需要綜合運用多種實驗技術。

以正極材料LiFePO4研究為例，正極材料性質與性能之間可能存在的復雜多對多關系。電池材料關心的主要性質包括結構方面和動力學方面，均與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。

下表列舉了正極極材料LiFePO4表征主要包括的化學組成、粒徑、比表面積、振實密度、雜質含量、顆粒形貌等的表征技術以及影響。

對于新能源鋰離子電池材料來說，無論是鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰等正極材料還是人造石墨或天然石墨等負極材料，其工藝間微小的差異都可能會造成很大的影響，因此這些材料對于粒度控制要求非常高。

而要實現精準粒度控制的前提，是準確測定材料的粒度分布，對測試儀器的精度要求非常高。激光粒度儀主要是在材料的研究和生產中幫助解決兩個方面的關鍵問題：一個是工藝的調整，另一個是樣品的差異的識別。

兩個樣品放在一起，能否客觀的給出這兩種粉體顆粒之間的差異，它們是否一樣？如果工藝是有差異的，結果是有一定差別的，能否正確地對兩個樣品進行區分？如果是同樣工藝的不同批次樣品，兩個樣品是很接近的，測試結果能否保持良好的重現性，能否準確評價批次之間的一致性？

如下圖的例子，A和B兩個來料樣品，具有很細微的差異，可以看出B樣品比A樣品細顆粒含量的比例高一點點。這時，需要激光粒度儀具有足夠的分辨能力，以正確區分兩個未知樣品的細微差異。從而才能保證原材料的批次一致性，保證后續生產電池的穩定性。

隨著新能源鋰離子電池行業大規模、高速度的發展，也為正負極材料生產相關的檢測儀器領域帶來新的機遇。粉體顆粒大小問題在鋰離子電池材料領域一直是一個備受關注的問題，行業內對于顆粒粒度控制十分嚴格，對于測試的精度要求非常高。因此提供符合要求的解決方案、方法學開發，儀器的性能、可維護性、軟件硬件的升級，成為儀器廠商產品開發的重點。關于如何選擇高性能的激光粒度儀，如何評價儀器的真實測試能力、分辨能力和靈敏度，可以參考歐美克儀器出品的相關文章。