粉体学基础及其应用

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时间:2019-06-14

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1、粉体学基础及其应用杨哲龙一、粉体学基础1.概述定义:粉体是无数个固体粒子集合体的总称,粒子是粉体运动的最小单元,粉体学(micromeritics)是研究粉体的基本性质及其应用的科学。通常所说的“粉”、“粒”都属于粉体的范畴。粉—粒径<100μm的粒子,容易产生粒子间的相互作用而流动性较差粒—粒径>100μm的粒子,较难产生粒子间的相互作用而流动性较好※一级粒子和二级粒子:组成粉体的单元粒子也可能是单体的结晶,也可能是多个单体粒子聚结在一起的粒子,为了区别单体粒子和聚结粒子,提出了一级粒子和二级粒子概念:一级粒子(prim

2、aryparticle)—单体粒子二级粒子(secondparticle)—聚结粒子在粉体的处理过程中由范德华力、静电力等弱结合力的作用而生成的不规则絮凝物(randomfloc)和由粘合剂的强结合力的作用聚集在一起的聚结物(agglomerate)都属于二级粒子。※粉体的分类:▓超细粉:在广义上指从微米级到纳米级的一系列超细材料;狭义上指粒径在5μm~100nm的一系列超细材料。▓纳米粉:粒径<100nm的粉体。粉体加工行业已基本形成的共识:纳米材料:粒径<100nm亚微米材料:粒径100nm~1.0μm微米材料:粒径1

3、.0μm~5.0μm※粉体的物态特征:①具有与液体相类似的流动性;②具有与气体相类似的压缩性;③具有固体的抗变形能力。◆粉体在锂离子电池中的应用:PositiveMaterials:LiCoO2、LiNi1-xCoxO2、LiMn2O4、LiNi1/2Mn1/2O2、LiFePO4NegativeMaterial:Graphite、MCMBSeparator:PVDF、SiO2多数为超细粉或接近超细粉,甚至是纳米粉。MCMB超细粉末的SEM照片可以看出,颗粒近似呈球形或椭球形,粒径约为0.1~0.5μm,是各向同性沥青母液

4、中经初期成长的胶体颗粒。SEMphotographofLiCoO2&MGS(shanshan)a—LiCoO2,D50:6~10μm;b—MGS,D50:13~15μmab۩MGS-ModifiedGraphiteSpheresSEMimagesofLiCoO2withdifferentsizesCourtesyofDr.YamazakiofNipponChemicalCo.正极材料SEM照片(青岛乾运)a—LiMn2O4,D50:10~12μm;b—LiNi1-xCoxO2,D50:7~8μmab2.粉体粒子的性质(1)

5、粉体粒度:定义:粉体颗粒大小称颗粒粒度。颗粒不仅有固体颗粒,还有雾滴、油珠等液体颗粒,在此只研究固体颗粒。对于颗粒的粒度通常采用筛分粒度、沉降粒度、等效体积粒度、等效表面积粒度等多种方法来测试的。但用不同测试方法检测的结果不尽相同。◆目前国内外尚未有统一的粉体粒度技术标准,只有企业或行业自己的标准。粒度的测试:颗粒是在一定尺寸范围内具有特定形状的几何体,如图。由于各种颗粒的形状复杂且大小不均,因此,粒度的表征比想象的要复杂得多。粒度的测试是通过特定的仪器和方法对其特性进行表征的一项工作,但至今尚未有表征粒度的统一方法。下面

6、只介绍常用的几种方法。DmaxDmin颗粒的一般形状r球状颗粒等效粒径:用等效体积球型颗粒的计算直径来表示的颗粒尺寸,通常所说的粒径就是等效粒径,以μm或mm为单位。是目前国际上比较流行的一种颗粒尺寸的表示法。❖只有一种形状的颗粒可以用一个数值(半径)来描述它的大小,那就是球型颗粒。mass=4/3πR3ρ但是由于不同形状的颗粒其等效粒径的大小不同,因此,用等效粒径描述颗粒尺寸,只能是一种近似的描述粒度的方法。筛分径(sievingdiameter)当粒子通过粗筛网且被截留在细筛网时,粗细筛孔直径的算术或几何平均值称为筛

7、分经,记作DA。算术平均径DA=(a+b)/2几何平均径DA=(ab)1/2式中,a—粒子通过的粗筛网直径;b—粒子被截留的细筛网直径。#粒径的表示方式是(-a+b),即粒径小于a,大于b。筛分粒度:指每1平方英寸(25.4mm2)筛网内可以通过某一尺寸颗粒的筛孔数目,即每平方英吋筛网上的空眼数目,因而称之为“目数”。在不同国家、不同行业的筛网规格有不同的标准,因此,“目”的含义也难以统一。筛分粒度实际上是间接地测试粒度的一种方法,此法虽不是非常科学的测试方法,但比较实用。下表给出了我国通常使用的筛网目数与粒径(μm)对照

8、表。目数粒径/μm目数粒径/μm目数粒径/μm目数粒径/μm2.579251213976024532547358801411656522042533445991699180198500255396220833100165625206332724701110150800157279427589180831

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