粒度的作用和粒度分布
电池材料的粒度和粒度分布会影响锂离子的扩散，从而改变所生产电池的功率密度(释放电流、负载能力)和能量密度(储能、电池容量)。表1给出了与粒度有关的主要差异
表1：与粒径有关的主要差异
大颗粒和小颗粒混合的宽PSD具有较高的填充密度(图2)，并可生产高负载的电池材料(厚电极)，这有助于提高能量密度(存储能量)。
图2：小颗粒和大颗粒的双峰颗粒混合物的堆积密度
Zeta电位研究与添加剂的相互作用
锂氧化物正极材料的主要缺点是导电性和离子导电性差。碳基产品，如炭黑和石墨，有助于提高导电性，但不涉及锂离子电池的电化学氧化还原过程。碳基产品通过填充活性物质颗粒之间的自由空间，提高正极材料的可循环性。通过这种作用，提高电极的导电性。
所述碳添加剂应与正极材料形成均匀的混合物，以获得稳定的电极浆液和在箔片上均匀的涂层。因此，通过测量zeta电位，应最大限度地提高不同类型颗粒材料之间的静电相互作用。为了促进相互作用，粒子最好具有相反的表面电荷。
实验法方案
激光衍射法进行粒度分析采用基于激光衍射法的安东帕粒度分析仪(PSA)进行测量，测试的电极材料见表2。
PSA
表2：分析所选用的正极和负极材料
电泳光散射法测量Zeta电位pH值对zeta电位有重要影响，因为它改变了表面和纳米颗粒悬浮液的电荷。研究了不同pH值下zeta电位的变化，以确定电极材料与碳导电添加剂之间可能的相互作用。
对绿色能源的需求要求电池生产所用的材料和溶剂要更加环保。用水替代电池浆料中的有机溶剂是实现高能量可持续性的第一步。
用水代替有机溶剂(如n -甲基-2-吡咯烷酮，NMP)制备了三种悬浮液：
• 0.05 % 炭黑
• 0.05 % 石墨
• 0.1 % 钴酸锂
zeta电位的测量是通过电泳光散射(ELS)在Litesizer 500使用自动pH滴定装置附件进行的。
Litesizer 500
结论与讨论
电极材料的粒度和粒度分布LCO的粒度最大，跨度最大，而NCM和NCA的平均粒度较小，分布较窄(图3)
图3：三种不同正极材料的粒径分布
通过减小粒度和宽度，电池存储能量的能力降低。这是因为较小的颗粒增加了团聚的趋势，减少了空隙。因此，电解质的体积和电池的容量也会降低。然而，小颗粒给予的大表面积减少了电极内的扩散距离，有助于促进电极与电解质之间的离子交换。实际上，NMC和NCA样品是低容量、高能量密度和快速充电的正极材料。
至于负极材料的结果，从图4中可以看出，天然石墨和合成石墨的粒度分布具有可比性。
图4：天然石墨和合成石墨的粒度分布
在PSA中还测量了细粒度(表3)。这一信息有助于在生产阶段评估成品电池的性能和稳定性。事实上，在多分散电极粉末中，小颗粒百分比越高，即细粒度越高，填料越致密。因此，在充放电循环过程中，由于锂离子的插入而引起的体积变化，大颗粒之间的空隙较少，同时较大的表面积有利于电极与电解质的接触。
表3：用PSA法测得的电极材料中小颗粒的含量
LCO和导电添加剂的Zeta电位
图5：炭黑、石墨和LCO的zeta电位在不同pH下的变化
从图5可以看出，炭黑和石墨颗粒的zeta电位大多为负，而LCO颗粒在pH 4以下的zeta电位为正。这意味着，对于添加了碳添加剂的电极浆液，为了促进碳添加剂与电极材料之间的静电相互作用，应将混合物的pH调至pH 4或更低。
近年来，研究的重点转向提高电极材料导电性的新方法。其中大部分碳基材料被用作导电添加剂。最终电池浆料中不同组分的最佳混合比例严格依赖于静电相互作用。因此，为了获得具有更大的抗断裂能力的均匀涂层，必须进行zeta电位测量。