【摘要】 电池材料颗粒物的球形度分析是一个重要的科学研究领域，它对于电池的性能和稳定性有着关键的影响。

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图像颗粒分析仪

 

电池材料颗粒物的球形度分析是一个重要的科学研究领域，它对于电池的性能和稳定性有着关键的影响。在电池领域，材料的颗粒形状是衡量其质量和性能的重要指标之一。

首先，让我们了解一下颗粒物的球形度指标。球形度是指颗粒的形状与完美球体之间的相似程度。颗粒物越接近完美的球体，其球形度就越高。球形度可以通过测量颗粒物的直径、周长和表面积等参数来计算和评价。

为什么颗粒物的球形度对电池材料如此重要呢？这是因为颗粒物的形状直接影响材料的堆积密度、比表面积和导电性等重要性能。在电池材料中，颗粒物的堆积密度决定了电池的能量密度和容量，而比表面积则影响电池的充放电速率和循环寿命。此外，颗粒物的形状还可能影响电池材料的导电性能，影响电池的输出功率。

现在，让我们来了解一下常用的颗粒物球形度分析方法。其中一种常用的方法是利用光学显微镜或扫描电子显微镜来观察颗粒物的形状，并通过图像处理算法来计算球形度。另外，还有一种常用的方法是利用颗粒物的物理性质，如密度、流动性等指标来间接评估球形度。这些方法通常需要借助一些专业的仪器和软件进行实验和数据处理。

除了球形度分析，研究人员还在探索其他与颗粒物形状相关的分析方法。例如，通过评估颗粒物的尺寸分布、表面形貌和粒度分布等指标，可以更全面地了解颗粒物的形状特征。这些分析结果有助于优化电池材料的制备工艺和改进电池性能。

 

测试概念

球形度是用来描述球形粒子的形状的一个指标。在材料科学中，球形度是一个重要的参数，它能够反映材料的颗粒形状的均匀性和一致性。球形度越高，颗粒形状越接近于完美的球形。球形度可以用来衡量颗粒形状的规则程度。对于完美的球形颗粒来说，球形度为1；而对于非球形颗粒来说，球形度小于1。

常见的球形度计算方法有体积法和直径法。体积法是通过测量颗粒的体积来计算球形度，而直径法是通过测量颗粒的直径来计算球形度。直径法：颗粒球形度定义为颗粒的周长等效直径与颗粒面积等效直径之比，此定义为二维描述。Q=d1/da式中 d1表示颗粒的周长等效直径，颗粒的周长为 l，则 l = 2πd1；式中 da表示颗粒的面积等效直径，颗粒的面积为 A，则A =πda^2。体积法：三维颗粒的球形度可定义为颗粒的表面积等效直径与颗粒的体积等效直径之比。

 

球形石墨-图源自网络

 

测试原理

将传统的显微测量方法与现代的图像处理技术结合，通过专用数字摄像机将显微镜的图像拍摄下来并传输到电脑中，通过专门的颗粒图像分析软件对颗粒图像进行处理与分析，从而得到每一个颗粒的粒度和粒形信息，再将每一个颗粒的粒度和粒形信息进行统计，从而得到粒度(D50) 及粒度分布、平均长径比及长径比分布、平均圆形度及圆形度分布等结果。此方法属于二维检测。

 

球形石墨-图源自网络

 

测试背景资料

天然石墨具有易获取和优异的电化学性能等特点，广泛应用在锂离子电池负极材料中，而人造石墨具有循环性能好、成本低和结构稳定等优点，也成为研究的重点。通过对鳞片石墨的球形化处理，可明显改善负极材料的电化学性能，包括振实密度，比容量，首次循环效率及循环性能等。球形度高的粉体颗粒，会比其他形貌的粉体颗粒具有更高的比表面积、振实密度、流动性等。因此对材料颗粒的“球形度”进行测量便成为反映其质量的重要步骤。

 

图源自网络

 

测试相关文献

  • Zhang, W., Zhang, H., Zheng, Y., & Hu, G. (2019). Graphite Spherical Particle Morphology Classification in Lithium-Ion Battery Anodes Using Machine Learning Based on SEM Images. Journal of The Electrochemical Society, 166(8), A1730-A1738.

  • Shi, Z., Sun, Y., Chen, X., Zhang, H., & He, Y. (2019). Quantitative Analysis of Spherical Graphite Particle Morphology and its Influence on Li-Ion Battery Performance. Journal of Materials Science & Technology, 35(9), 1992-2000.

  • Li, Z., Wang, J., Hu, J., Lu, X., Lv, W., & Tang, H. (2018). Quantitative characterization of the morphology of spherical graphite by three-dimensional reconstruction and its effects on the electrochemical performance of lithium-ion batteries. Carbon, 140, 499-510.

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  • Hu, C., Du, Z., Huang, F., Liu, Y., Zhu, C., & Huang, W. (2013). Influence of Residual Lithium on the Structure and Electrochemical Properties of Spherical Graphite Composites Used as Anode Materials in Lithium-Ion Batteries. Journal of The Electrochemical Society, 160(5), A601-A608.

 

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