26Jul.2022
物性分析

電池正負極材料|由微米粒徑步入奈米粒徑時代

解構電池材料|正極與負極材料

環境能源一直是人類21世紀十分重要的課題,如何利用永續能源也是各個企業的社會責任。
尤其追求環境保護的社會課題中有許多技術性的革新,例如電動車的普及化就是降低污染的一大指標。
其中儲存能量的『電池』也是十分關鍵的部分,好的電池材料能維持使用壽命,放電的功率等等。
其中電池大略可分正極材料、負極材料、以及中間電解質的部分。
電池的正極材料以金屬為主,比較常見的有鈷、鎳等等。
電池的負極材料就是炭素材的舞台,各種五花八門的炭材在這邊大展身手。
電池材料

電池材料與粒徑的關係

電池材料分散的好壞,影響到電池本身的性能。而判斷分散性好壞的一種主流方法就是平均粒徑與粒徑分佈。
我們可以想像電池的原料越細緻,其製成成品後的結構越加完整也就代表著這顆電池的品質。
 

電池材料粒徑分佈逐漸由微米步入奈米的時代

近年來我們逐漸感受到電池的原料由微米進入奈米的尺度。
雖然說不同的材料本身在微米或奈米尺度下就有不同的運用,但是越來越多廠商往奈米發展。
早期量測電池材料比較多使用Laser Diffraction雷射繞射的機型,但進到奈米級的材料以後雷射繞射的量測就顯得有些吃力。
📖粒徑分析基本觀念,現行6種粒徑量測原理及方法完整說明→
這時候就輪到奈米粒徑分析的動態光散射DLS機台了。
 

電池材料的奈米粒徑

電池材料一般,不論是正負極材料,比較多都是屬於濃度較高,且不透光的狀態。
大塚的DLS機台量測粒徑時,除了背向散射以外,在量測前會事先進行偵測位置調整,能量到市面上DLS機台最高的濃度。
當然稀釋後的樣品粒徑我們也可以量測,一次滿足各種濃度下的電池材料粒徑分析需求。
📖我想要不稀釋量測粒徑!!不透光樣品之原液粒徑表現→
 

電池材料的界達電位

除了粒徑以外,當然電位也會影響電池材料的分散安定性,也可能會影響到電池的電性。
下面簡單舉一個奈米碳管(CNT)材料,在添加分散劑前後的粒徑與界達電位變化。
電池材料2
SDS 平均粒徑(nm) 界達電位(mV)
959.6 -43.8
245.3 -69.9

由上表可知,添加了添加劑後能大幅改善電池材料的分散性與分散安定性。
 

大塚助攻電池材料研發

當然每一種材料都有適合的添加劑種類以及最佳的添加濃度,這麼好玩的研究當然是留給在座各位廠商/同學去做,我們能提供你們『眼睛』幫助你們觀察這次的比例是否有用,又如何能達到電池材料的最佳比例。

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