目前，盡管在實驗室研究的鋰離子電池材料的研發(fā)已經(jīng)取得巨大進展，但是從實驗室?guī)卓瞬牧系暮铣?，到千克、以及噸級大?guī)模生產(chǎn)，還存在許多質(zhì)量控制的盲點。本文作者重點關(guān)注下一代鋰離子和鋰金屬電池，分別從電池的原材料、正負極加工工藝、超輕量集流體、以及電池生產(chǎn)過程中的清潔度把控等方面出發(fā)，給出了鋰電池大規(guī)模量產(chǎn)的機遇和挑戰(zhàn)。
這一研究成果《鋰電池從實驗室研究到大規(guī)模量產(chǎn)》，由太平洋西北國家實驗室、華盛頓大學、賓夕法尼亞州立大學和梅賽德斯 - 奔馳北美研發(fā)公司以及賽默飛世爾科技共同完成，并發(fā)表在國際期刊《nature energy》上。
原文：doi.org/10.1038/s41560-023-01221-y
文章解讀
文中在“對鋰電池原材料和生產(chǎn)過程的表征”部分指出，為了實現(xiàn)可控且高品質(zhì)的電池材料生產(chǎn)，先進的表征手段在這個過程中非常關(guān)鍵。品質(zhì)把控包括原材料、電極形貌和成分、以及表面處理等眾多步驟。
在品質(zhì)把控的過程中，來料中有 2 類金屬雜質(zhì)對于電池性能危害最為嚴重。一種是非磁性顆粒，比如銅 (Cu)、鋅 (Zn) 類。另一種是磁性顆粒，比如鐵 (Fe)、鉻 (Cr)、鎳 (Ni) 以及合金顆粒。
目前電池制造商們主要采用以下 4 種策略來減少生產(chǎn)過程中的雜質(zhì)顆粒。
策略一：對原料進行嚴格的品質(zhì)把控
這一過程可以借助電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀、光學顯微鏡和掃描電鏡（ParticleX Battery 鋰電清潔度檢測系統(tǒng)），來識別原材料的雜質(zhì)顆粒并分析其成分，這些方法對于磁性顆粒和非磁性顆粒都具有適用性。
使用 ParticleX Battery 鋰電清潔度檢測系統(tǒng)，識別到的磁性和非磁性異物顆粒
策略二：某些生產(chǎn)環(huán)節(jié)加入除磁步驟生產(chǎn)工藝中（如攪拌池），添加除磁工藝，以去除磁性顆粒物。
策略三：監(jiān)測生產(chǎn)車間的環(huán)境清潔度生產(chǎn)車間中任何金屬零件的磨損，都有可能產(chǎn)生異物顆粒，都會影響生產(chǎn)環(huán)境的清潔度。這一過程可以使用光學顯微鏡和掃描電鏡（PaticleX Battery 鋰電清潔度檢測系統(tǒng)）來追溯污染來源。
策略四：生產(chǎn)設(shè)備的金屬表面涂覆防護涂層比如在金屬儲罐表面涂覆聚四氟乙烯涂層，以減少漿料中混入金屬碎片的風險。
ParticleX Battery 全自動鋰電清潔度系統(tǒng)文中使用掃描電鏡進行的清潔度檢測，正是使用飛納電鏡的 ParticleX Battery 鋰電清潔度系統(tǒng)完成的。鋰電池中金屬異物可能導致嚴重的安全事故，對金屬異物的管控也已經(jīng)成為行業(yè)共識。
飛納電鏡 ParticleX Battery 全自動鋰電清潔度分析系統(tǒng)，從異物顆粒的圖像出發(fā)，結(jié)合顆粒的能譜（成分）信息，可以自動識別、分析和統(tǒng)計銅（Cu）、鋅（Zn）、鐵（Fe）等金屬異物，進而幫助準確分析異物來源，改善生產(chǎn)條件，減少安全事故的發(fā)生。
- 自動雜質(zhì)顆粒識別
- 自動高清圖像采集
- 自動能譜成分分析
- 自動雜質(zhì)顆粒分類
