【摘要】 深度解读锂离子电池正极颗粒粒径测试方法，涵盖激光粒度仪、SEM扫描电镜、XRD衍射分析的技术原理与局限性，附权威检测实例图解。

正极颗粒粒径测试是评估锂离子电池性能的核心环节，直接影响材料比容量和循环稳定性。本文将系统解析三种主流检测方法的原理与应用场景，帮助工程师规避常见测量误差。

 

一、激光粒度仪测试：为何难以检测一次颗粒？

激光粒度仪通过颗粒对激光的散射强度分布计算粒径，但磷酸铁锂(LFP)正极材料因纳米化特性（100~300nm）存在严重团聚现象：

  • ​软团聚​：高表面能导致一次颗粒自发聚集
  • ​硬团聚​：烧结过程产生的熔融结合无法通过气流粉碎解聚
    即使采用高功率超声处理，测试结果仍以二次颗粒为主，无法反映真实一次粒径。

图1. 马尔文Mastersizer 3000激光粒度仪

 

二、SEM扫描电镜测试：视野局限如何影响结果？

SEM虽可直接观测表面形貌，但存在两大技术瓶颈：

1.视野代表性不足​：局部观测难以反映整体粒径分布

2.多晶材料穿透限制​：如NCM/NCA三元材料中，二次球内部颗粒被外层致密结构掩盖
研究表明，SEM对一次颗粒的测量误差可达15%-30%，尤其对球形团聚体样本。

图2. 1800 ℃烧结温度下LiMn2O4材料的SEM(a～d)和TEM(e～f)照片[1]

 

三、XRD衍射分析：如何间接计算粒径？

通过布拉格方程解析晶体结构，建立亚晶粒尺寸与一次颗粒的换算模型：

其中β为衍射峰半宽高，需依赖标定数据库建立粒径预测公式。该方法虽避免团聚干扰，但仅适用于晶体结构完整的材料。

 

四、多方法联用解决方案

当前尚无单一技术可精准测试所有正极颗粒，推荐组合策略：

检测目标

推荐方法

补充手段

二次颗粒分布

激光粒度仪+超声处理

振实密度测试

一次形貌分析

SEM+断面制样技术

TEM透射电镜

晶体结构关联

XRD+数据库比对

EDS元素映射

行业经验表明​：结合水分测试（GB/T 6283）、残碱分析（AAS法）及热分析（TGA），可构建完整的正极材料评估体系。实际应用中需根据材料特性（如LFP纳米颗粒优先选TEM，单晶NCM适用XRD）动态调整检测方案。

 

参考文献：[1]曾帅波,陈烨,唐俊雄,等.LiMn_2O_4正极材料的制备及其电化学性能[J].合成化学,2024,32(06): 508-516.

 

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