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上醫(yī)治未病 治之于未燃 | 電子探針精準鎖定鋰電池起火潛藏誘因
導讀
得益于節(jié)能、環(huán)保及良好的駕乘體驗等方面的一系列優(yōu)勢，新能源汽車銷量節(jié)節(jié)攀升、屢創(chuàng)新高，隨之而來的電池安全問題也日益凸顯，自燃、起火等報道時常沖上熱搜頭條。電池起火、爆炸的常見誘因之一是電池極片生產(chǎn)過程中可能混入的金屬異物顆粒，這些顆粒存在刺穿隔膜導致電池短路的隱患。在極片上排查是否存在微小的金屬異物，不啻于大海撈針。然而，利用島津電子探針超大范圍掃描模式，廣域、逐幀搜索，可快速、精準鎖定極片中金屬異物，扼殺安全隱患于搖籃，治之于未“燃"。
極片中金屬異物小科普
鋰電池極片制作流程繁雜，在電極漿料制備過程、極片輥涂、切割、卷繞工序中均有可能混入金屬異物或產(chǎn)生切割毛刺或金屬碎屑等等。極片中混入尺寸較大的金屬異物顆粒，可能會直接刺穿隔膜，導致正負極之間短路。或者當金屬異物混入正極后，充電之后正極電位升高，高電位下金屬異物發(fā)生溶解，通過電解液擴散，然后負極低電位下溶解的金屬再在負極表面析出并堆積，最終刺穿隔膜，形成短路。
正極極片中金屬異物顆粒刺穿隔膜后導致短路放電示意圖
案例分享
利用島津電子探針超大范圍掃描模式，廣域、逐幀搜索，可快速、精準鎖定極片中金屬異物。
島津EPMA-8050G型場發(fā)射電子探針
電池極片中常見混入的金屬異物有Fe、Cu、Zn、Al、Sn、不銹鋼等，以含F(xiàn)e異物為例，為排查某正極極片中是否混入含F(xiàn)e金屬異物，首先在視場1.0×0.8mm下進行Fe元素的低倍大區(qū)域面掃描（島津電子探針最大掃描范圍可高達90×90mm），結果見圖1。圖1-2中黃色方框標示處，明顯可見有Fe元素的富集；為進一步清晰顯示異常富集情形，對圖1黃色方框逐級放大至4000倍。如圖2所示。
為了更為直觀的顯示Fe元素富集位置，將Fe元素面分布圖與背散射電子像進行疊加顯示，如圖3所示。圖3中紅色標記區(qū)域即為Fe元素富集位置。
圖3 背散射電子像下Fe元素富集位置
分別選擇典型的Fe元素富集位置（圖3中黃色數(shù)字1標示處）及常規(guī)位置（如圖3中黃色數(shù)字2標示處）進行微區(qū)成分定性分析，定性譜圖見圖4、圖5。
圖4 Fe元素富集位置（位置1）定性分析結果
圖5 常規(guī)位置（位置2）定性分析結果
由定性結果可知，與常規(guī)區(qū)域（位置2）相比，F(xiàn)e元素富集位置處（位置1）除Fe元素富集外，還檢出了微量的P、Ti元素（詳見局部放大譜圖6）。
圖6 定性譜圖局部放大顯示（位置1、位置2）
據(jù)此，電池生產(chǎn)企業(yè)可排查具體是哪個工藝環(huán)節(jié)可能會引入諸如Fe、P、Ti等元素的污染，進而優(yōu)化制備工藝，杜絕產(chǎn)品安全隱患。
結語
島津電子探針集成有兼具高分辨率和高靈敏度的電子成像系統(tǒng)及波譜成分分析系統(tǒng)，可實現(xiàn)顯微形貌觀察及微區(qū)成分分析的有機結合，真正做到了“成分分析的可視化"，最大可實現(xiàn)90mm×90mm超大區(qū)域的直接掃描成像及元素面分析，通過撒大網(wǎng)、細聚焦的方式，逐步精準鎖定極片中金屬異物，進而助力鋰電池生產(chǎn)企業(yè)對極片中的金屬異物進行篩查、剖析，從而在生產(chǎn)源頭上做到精益把控，真正做到有的放矢、治病于未發(fā)。
撰稿人：崔會杰、趙同新
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