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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(huì)先在正極氧化再到負(fù)極還原,，當(dāng)負(fù)極處的金屬單質(zhì)累積到一定程度會(huì)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(yán)重時(shí)甚至?xí)姵仄鸹?、爆炸,，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(biāo)之一。

由于動(dòng)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(biāo)準(zhǔn)也基本沿用燃油汽車清潔度標(biāo)準(zhǔn)（德國的汽車工業(yè)聯(lián)合會(huì)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(jìn)入金屬物質(zhì),，它會(huì)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(dòng)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(dòng)方向會(huì)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(huì)發(fā)生改變,。反射光通過平行和垂直的偏振片時(shí)，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(xì)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(jìn)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?yàn)殂~離子更容易在負(fù)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(gè)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(jìn)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(xì)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(huì)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(huì)因?yàn)楦g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(huì)被錯(cuò)誤地分類為非金屬顆粒,。在如下示例中,，顯示了三個(gè)顆粒(鋅，鋼和鋁),，這些顆粒通過光學(xué)顯微鏡確認(rèn)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(jì)準(zhǔn)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(gè)數(shù)量級）,，其對小尺寸顆粒的測試準(zhǔn)確性也較低。以下與 SEM+EDX 統(tǒng)計(jì)結(jié)果的比較,，顯示了光學(xué)顯微鏡的錯(cuò)誤分類有多嚴(yán)重,。由汽車供應(yīng)商提供的同一片濾膜，分別進(jìn)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(jìn)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(shí)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(jìn)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(jìn)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(dòng)鋰電池清潔度分析方案應(yīng)運(yùn)而生。Phenom ParticleX 以臺(tái)式掃描電鏡和能譜儀為硬件基礎(chǔ),，可以全自動(dòng)對顆?；螂s質(zhì)進(jìn)行快速識別、分析和分類統(tǒng)計(jì),，為客戶的研發(fā)以及生產(chǎn)提供快速,、準(zhǔn)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(xì)講述,。