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為什么要做鋰電池清潔度分析,？

金屬異物對鋰電池安全性的影響

鋰離子電池正極材料中金屬異物（包括鐵,、鎳、銅,、鋅,、鉻等）的含量對鋰電池的性能有較大影響,。金屬異物在電池化成階段會先在正極氧化再到負極還原,，當負極處的金屬單質(zhì)累積到一定程度會形成枝晶,，導(dǎo)致隔膜穿孔，造成電池內(nèi)部短路,，提高電池的自放電率,，嚴重時甚至?xí)姵仄鸹稹⒈?，影響電池的安全性能,。目前對金屬異物的管控水平已?jīng)成為衡量鋰離子電池正極材料生產(chǎn)線最核心的指標之一。

由于動力鋰電池的最終客戶為汽車公司（如大眾,，寶馬,，戴姆勒等）,，對于金屬異物的檢測標準也基本沿用燃油汽車清潔度標準（德國的汽車工業(yè)聯(lián)合會推出的 VDA19）的相關(guān)概念,。VDA19 中對于異物的評估方法主要包括：稱重法，光鏡法,、電鏡法,、拉曼法等，其中光鏡法和電鏡法作為可視化的方法,，得到了廣泛應(yīng)用,。

光學(xué)顯微鏡檢測的原理及結(jié)果

金屬表面的物理特性決定了光線不能進入金屬物質(zhì)，它會像鏡子般把所有入射光全部反射出去,。入射光在經(jīng)由金屬表面反射后,，其反射光與入射光具有相同的振動方向。如果反射光通過兩片平行的偏振片,，金屬顆粒呈現(xiàn)亮色,；如果反射光通過兩片垂直的偏振片，金屬顆粒呈現(xiàn)純黑色,。

入射光在經(jīng)過非金屬物質(zhì)后,，其振動方向會發(fā)生改變（主要原因是光可以射入非金屬物質(zhì)內(nèi)部）,，經(jīng)過非金屬物質(zhì)內(nèi)部后再出來的反射光不再具有偏振性，其方向也會發(fā)生改變,。反射光通過平行和垂直的偏振片時,，其亮度變化不大。

通過記錄,、對比顆粒在不同偏振光下的圖片,，而后鑒別出金屬和非金屬顆粒。具體測試結(jié)果如下：

光鏡檢測的局限性

3.1 無法區(qū)分金屬顆粒的詳細分類

并非所有金屬顆粒都具有相同的危害性,，例如,，在對大量失效電池進行拆解分析后發(fā)現(xiàn)，相對于不銹鋼,，銅的危害性更高,。主要是因為銅離子更容易在負極析出，析出后的生長方式呈現(xiàn)枝晶狀,，很容易刺穿隔膜,。并且，銅的電導(dǎo)率比鐵高了一個數(shù)量級,，一旦銅枝晶刺穿隔膜,，極易導(dǎo)致電池內(nèi)部短路，進一步導(dǎo)致電池過熱甚至起火,。為了有效評估金屬顆粒的危害性,，需要知道顆粒的詳細成分，而光學(xué)顯微鏡只能區(qū)分金屬和非金屬,，但具體是哪類金屬則無從得知,。

3.2 會造成金屬與非金屬的誤識別

根據(jù)光反射原理的分析，要求濾膜上的金屬顆粒要反光發(fā)亮,。由于污染物顆粒在零件加工過程中暴露于液體,、高溫和摩擦環(huán)境中，因此它們的表面會因為腐蝕等原因而不反光,，呈現(xiàn)暗色,。這些金屬顆粒在光學(xué)顯微鏡下，會被錯誤地分類為非金屬顆粒,。在如下示例中,，顯示了三個顆粒(鋅，鋼和鋁),，這些顆粒通過光學(xué)顯微鏡確認為非金屬,。然而，掃描電鏡SEM+EDX 分析顯示了這些顆粒的金屬性質(zhì),。

3.3 對小尺寸顆粒的統(tǒng)計準確性較低

光學(xué)顯微鏡的分辨率較低（相比電子顯微鏡要低 2-3 個數(shù)量級）,，其對小尺寸顆粒的測試準確性也較低,。以下與 SEM+EDX 統(tǒng)計結(jié)果的比較，顯示了光學(xué)顯微鏡的錯誤分類有多嚴重,。由汽車供應(yīng)商提供的同一片濾膜,，分別進行了光學(xué)顯微鏡的顆粒分析以及掃描電鏡SEM+EDX 的測試分析，并進行了比較,。結(jié)果顯示,，通過光學(xué)顯微鏡檢測的金屬顆粒數(shù)，不到實際金屬顆粒的 1/60,。

3.4 無法分析顆粒的可能來源

鋰電池清潔度分析的意義,，一方面是對清潔度的水平進行評估，另一方面,，希望通過對金屬顆粒的分析,，確定其產(chǎn)生原因，并回溯至對應(yīng)的生產(chǎn)工序,，進行針對性的管控,，從而提升產(chǎn)線的清潔度水平。

由以上分析可知,，光學(xué)顯微鏡提供的關(guān)于金屬顆粒形態(tài)和成分的信息有限,，無法分析顆粒的可能來源，對清潔度水平的提升幫助有限,。

因此,，全自動鋰電池清潔度分析方案應(yīng)運而生。Phenom ParticleX 以臺式掃描電鏡和能譜儀為硬件基礎(chǔ),，可以全自動對顆?；螂s質(zhì)進行快速識別、分析和分類統(tǒng)計,，為客戶的研發(fā)以及生產(chǎn)提供快速,、準確和可靠的定量數(shù)據(jù)支持,。小編將在下一篇為大家詳細講述,。