分享至
電池材料粒度測(cè)量中被誤導(dǎo)的幾個(gè)參數(shù)
? 引 言
?
粒度分布是電池（正極和負(fù)極）粉體材料的重要技術(shù)指標(biāo)。
激光粒度儀是電池行業(yè)粒度測(cè)量的主流設(shè)備。
粒度分布曲線和粒度分布表是被測(cè)材料粒度分布的詳盡表達(dá)。D10、D50和D90是粒度分布的簡(jiǎn)約表達(dá)。
用 D0（Dmin）和D100（Dmax）表示材料的最小粒和最大粒是被某些缺乏基本的科學(xué)精神的儀器制造商誤導(dǎo)的結(jié)果。這兩個(gè)參數(shù)并不是真實(shí)的最小粒和最大粒，且數(shù)值極不穩(wěn)定。
另外，把體積分布轉(zhuǎn)換成數(shù)量濃度會(huì)引起很大的不確定，也不建議轉(zhuǎn)換。
為什么這樣建議？下面為大家詳細(xì)揭曉答案......
最大粒的含義及其不可測(cè)量性
通俗地理解，最大粒就是指粉體或者漿料中粒徑最大的那一個(gè)顆粒。咋一看，它的含義很清楚；但往深處一想，其實(shí)其含義是不清晰的。??? 對(duì)生產(chǎn)實(shí)際有意義的“最大?！?，應(yīng)該是一個(gè)批號(hào)或者一個(gè)包裝內(nèi)所有顆粒中最大的那個(gè)顆粒。由于我們無(wú)法測(cè)量每一個(gè)顆粒，所以從根本上說(shuō)，人們不可能得到最大粒的數(shù)據(jù)。??? 一次取樣中的最大粒能得到嗎？不一定。被取到樣，未必就能進(jìn)入儀器的測(cè)量區(qū)。??? 我們真正可以討論的是：被取到，并且進(jìn)入儀器的測(cè)量區(qū)的顆粒中的最大粒能不能被測(cè)到？????? 對(duì)激光粒度儀，答案是：測(cè)不到！
?激光粒度儀測(cè)不到測(cè)量區(qū)內(nèi)最大粒的原因
激光粒度儀基本原理：利用顆粒對(duì)光的散射效應(yīng)，粒徑越大散射角較小，粒徑越小散射角較大
激光粒度儀經(jīng)典光學(xué)（正傅里葉變換）系統(tǒng)
上圖分別顯示了2μm、4μm和8μm光能各個(gè)角度的能量趨勢(shì)。
單個(gè)探測(cè)單元的面積從里到外呈指數(shù)式增加，那么探測(cè)器各單元接收到的光能就組成散射光的能量分布，每個(gè)能量分布都有一個(gè)峰，峰值的位置隨著粒徑的增大向小角度方向移動(dòng)。
計(jì)算機(jī)預(yù)先將待測(cè)樣品的顆粒分布設(shè)定了 n 個(gè)粒徑段，記為：
???????? （x0~x1，x1~x2，…，xn?1~xn）。通常粒徑點(diǎn)的組合是一個(gè)等比數(shù)列????????? xi+1=γxi，
其中?γ?是大于1的常數(shù)，例如取1.1。
? 根據(jù)顆粒的折射率和吸收系數(shù)，以及分散介質(zhì)的折射率，計(jì)算機(jī)預(yù)先計(jì)算出每個(gè)粒徑段對(duì)應(yīng)的散射光能分布，組成散射光能矩陣，矩陣中的每一列代表一個(gè)粒徑段的光能分布：
假設(shè)各粒徑段上的顆粒體積為?(w_1，w_2，…，w_n)=w，那么就有
或者用矢量形式表達(dá)為
其中，e^T和 w^T，分別是 e 和 w ?的轉(zhuǎn)置矩陣。從形式上看，通過(guò)求解上述線性方程組，就可得到 w，即粒度分布。但實(shí)際上該方程的系數(shù)矩陣，即散射光能矩陣K是病態(tài)矩陣，不能直接求解，而只能通過(guò)一種特定的迭代算法求出w 。這個(gè)迭代算法就是激光粒度儀的關(guān)鍵技術(shù)之一。
有一個(gè)粉體，其粒度分布曲線如右。特征粒徑?D10=5.94，D50=11.64，D90=20.01?? 在其粗顆粒端53微米處加上若干個(gè)大顆粒，觀察散射光能分布的變化。
粗顆粒體積含量0.1%的模擬測(cè)量結(jié)果
粗顆粒含量 1%的模擬測(cè)量結(jié)果
??? 對(duì)生產(chǎn)實(shí)際有意義的“最大粒” ，應(yīng)該是一個(gè)批號(hào)或者一個(gè)包裝內(nèi)所有顆粒中最大的那個(gè)顆粒。由于我們無(wú)法測(cè)量每一個(gè)顆粒，所以從根本上說(shuō)，人們不可能得到最大粒的數(shù)據(jù)。
??? 一次取樣中的最大粒能得到嗎？不一定。被取到樣，未必就能進(jìn)入儀器的測(cè)量區(qū)。??? 我們真正可以討論的是：被取到，并且進(jìn)入儀器的測(cè)量區(qū)的顆粒中的最大粒能不能被測(cè)到？??? 對(duì)激光粒度儀，答案是：測(cè)不到！
激光粒度儀測(cè)不到最大粒的原因
（1）少量的大顆粒的光散射信號(hào)混合在其他大量的較小顆粒的信號(hào)中，不容易被分辨。（2）從散射光的分布到粒度分布的反演計(jì)算算法對(duì)粒度分布細(xì)節(jié)不敏感。（3）對(duì)初始反演結(jié)果的平滑處理進(jìn)一步忽略了粒度分布的細(xì)節(jié)變化。（4）信號(hào)噪聲的客觀存在增加了分辨大顆粒信號(hào)的難度。
激光（衍射法）粒度分析儀ISO國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)反對(duì)引用D100和D0數(shù)值
由于激光衍射方法的局限性以及取樣問(wèn)題，小于D5和大于D95的特征粒徑數(shù)值可能會(huì)受到額外的不確定度和系統(tǒng)誤差的影響。本國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)明確反對(duì)引用激光衍射方法的D100數(shù)值。
總?? 結(jié)???????
?A）粉體材料的真實(shí)最大粒和最小粒是不可測(cè)量的。?B）即使只考慮進(jìn)入儀器測(cè)量區(qū)的最大粒和最小粒，激光粒度儀也測(cè)不出來(lái)。?C）粉體樣品中粗顆粒的表征，應(yīng)該采用超大粒的含量來(lái)表示，單位可以是
PPM|C?，或者 PPG|C，或者? PPT|C
粗顆粒的科學(xué)表征方法建議???
?? 把有害的粗顆粒稱為“超大?！薄６x一個(gè)超大粒的臨界數(shù)值，用“C”表示，把粒徑大于C的顆粒體積占總體積的相對(duì)含量，作為粗顆粒的表征參數(shù)。表征單位可以用10^6分之一， PPM|C ???????????????????????? 或者? 用10^9分之一， PPG|C???????????????????????? 或者? 用10^12分之一,? PPT|C??? 這需要一種儀器配合。
能測(cè)到測(cè)量區(qū)內(nèi)最大粒的儀器
1、電阻法顆粒計(jì)數(shù)技術(shù)原理:? 電阻法（電感應(yīng)法、庫(kù)爾法）一次能測(cè)的顆粒個(gè)數(shù)：10^4量級(jí)， 相當(dāng)于0.1至1毫克，能測(cè)最大粒，但代表性不強(qiáng)。
2、顆粒圖像處理技術(shù)原理：顯微成像 + 數(shù)字圖像處理 一次能測(cè)的顆粒個(gè)數(shù)：10^4量級(jí)，相當(dāng)于0.1至1毫克能測(cè)最大粒，但代表性不強(qiáng)
電阻法顆粒計(jì)數(shù)器結(jié)構(gòu)圖
? 顆粒圖像分析儀外觀圖
