颗粒状粉体学基础

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(primary particle) —单体粒子

二级粒子(second particle) —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(random floc)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 1.0μm～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：

Positive Materials : LiCoO2、LiNi1-x Co x O2、LiMn2O4 、LiNi1/2Mn1/2O2、LiFePO4 Negative Material：Graphite、MCMB Separator：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中经初期成长的胶体颗粒。

SEM photograph of LiCoO 2 & MGS(shanshan)

a—LiCoO 2，D 50 :6~10μm ；b—MGS ， D 50 ：13~15 μ

m

a b

۩ MGS - Modified Graphite Spheres

SEM images of LiCoO2 with different sizes Courtesy of Dr. Yamazaki of Nippon Chemical Co.

正极材料SEM

照片（青岛乾运）

a—LiMn2O4， D50 ：10~12μm；b—LiNi1-x Co x O2，D50：7～8μm

a b

2. 粉体粒子的性质

（1）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。

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（sieving diameter）

✧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分经，记作D A。

算术平均径 D A=(a+b)/2

几何平均径D A=(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）对照表。

✧平均粒径：

✧由不同粒径组成的粒子群的平均粒径。亦称叫中值径，常

用D50表示。即粒子群中约50%的颗粒大于平均粒径，而50%的颗粒小于此值。

D97：

一个样品的累计粒度分布数达到97%时所对应的粒径。它的物理意义是粒径小于它的的颗粒占97%，也就是说此类粒子群中， D97为最大粒径。这是一种广泛用以表示粉体粗端粒度指标的数据。

★D95、D18等其物理意义同上。

（2）粒度分布（particles size distribution)：粒度分布情况，反映粒子大小的均匀程度。粒子群的粒度分布可用简单的表格、绘画和函数等形式表示。

频率分布（frequncy size distribution）：

表示与各个粒径相对应的粒子在全粒子群中所占的百分数（微分型）。

累积分布（cumulative size distribution)：

表示小于（pass）或大于（on）某粒径的粒子在全粒子群中所占的百分数（积分型）。