磷酸铁锂电池正极材料的的检测

导语 锂电池是一种高新技术产品，同时也是一种新型高容量长寿命环保电池，主要用于电动车，数码产品，UPS电源等。随着新能源汽车和手机等3C数码产品产业的爆发式增长，锂电池作为其关键组成部分也发展迅速。锂电池由四大材料组成，分别为正极材料（核心），负极材料，电解液，隔膜。这些材料都有相应的水分控制要求，一般在数百ppm范围以内，不同厂家不同规格产品要求略有不同，如果超出过多，可能会导致电极涂覆不均或者引发电解液分解，导致HF生成继而引发电极鼓包等不良反应。 因为电极材料非常容易吸水，不能长时间暴露于空气中，所以不宜采用常规的加热失重法测试，通过卡式加热进样的方式再结合卡尔费休库仑法水分测试是目前较好的解决办法。 解决方案卡尔费休库仑法测试石墨粉中的水分卡尔费休库仑法测试磷酸铁锂中的水分卡尔费休库仑法测试正极极片中的水分卡尔费休库仑法测试隔膜中的水分卡尔费休库仑法测试负极极片中的水分卡尔费休库仑法测试电解液中的水分卡尔费休库仑法测试锰粉中的水分卡尔费休库仑法测试钴酸锂中的水分相关仪器推荐 AKF-CH6锂电池卡尔费休水分测定仪是集水分测量模块和加热进样模块于一体的卡尔费休水分测定设备，仪器完全按照锂电行业用户的需求打造，外观设计新颖，使用维护方便，能够涵盖锂电行业从正负极材料、极片、隔膜到电解液；水分范围从1ppm到100%的使用需求。

p style="text-indent: 2em "span style="font-family:宋体"锂电行业近年来正在快速增长，并对多类光学、物性检测领域的仪器设备有着强烈需求。对于锂电池的电池材料来说，粒度、细度的检测是重要的相关参数，因而对激光粒度仪仪器厂商，锂电行业就此成为了他们书写市场红利新篇章的重要笔墨。/span/pp style="text-align: center text-indent: 2em "img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201806/insimg/a0946e4d-f5d6-4005-b98d-768e0013fd6b.jpg" title="1.jpg"//pp style="text-align: center text-indent: 2em "strongspan style="font-family:宋体"锂电池/span/strong/pp style="text-indent: 2em "span style="font-family:宋体"粒度和粒径分布影响着锂电池材料性能的方方面面，特别是在生产流程，粒度粒径的检测有助于试验阶段的通过/span/span style="font-family:宋体"失败检测、过程控制、以及每个工厂的出货控制。对锂电池，特别是聚焦舆论大量视线的锂离子电池，在原材料管控阶段，主要有三类电池材料需要进行粒度检测——正极材料、负极材料和隔膜材料，所需的粒径检测范围在/span10nmspan style="font-family:宋体"到/span5mmspan style="font-family:宋体"之间。/span/pp style="text-indent: 2em "span style="font-family:宋体"以锂离子电池的正极材料为例，粒径/spanD50span style="font-family:宋体"是关键性的质量控制指标之一，无论是磷酸铁锂电极还是其他主流锂合金氧化物电极都不例外。/spanD50span style="font-family:宋体"是表示粒径大小的典型值，其标准定义是累计分布百分数达到/span50%span style="font-family:宋体"时对应的粒径值，又名中值粒径、中位径。电池正极对原材料的粒径要求波动范围较大，一般在/span1-20span style="font-family:宋体"μ/spanmspan style="font-family:宋体"之间。具体指标主要受到材料种类和工艺要求的双重限制。负极材料的粒径对电池的初始放电容量和首次效率等参数有重要影响，还是以锂离子电池为例，其负极石墨材料的平均粒径较为集中地分布在/span16-18span style="font-family:宋体"μ/spanmspan style="font-family:宋体"之间时，最为合适。电池隔膜，介于正负极材料之间，也是电池结构重要的组成部分，其中需要添加氧化铝等阻燃材料，这些阻燃材料的粒径需求则呈现随着隔膜层厚度不断提升，粒径不断减小的趋势，目前甚至需要达到亚微米甚至纳米级的要求。/span/pp style="text-align: center text-indent: 2em "img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201806/insimg/9c1cbb85-5a43-475e-978d-bc165aef7207.jpg" title="2.jpg"//pp style="text-align: center text-indent: 2em "strongspan style="font-family:宋体"锂电池结构示意图/span/strong/pp style="text-indent: 2em "span style="font-family:宋体"电池的工艺特性、充放电容量、体积能量密度等重要参数都会受到电池材料粒度的影响，/span span style="font-family:宋体"而在各种粒度检测方法中，激光粒度仪因具有操作简便、可测颗粒数、等效概念明确、速度快、准确性好等优点，受到锂电市场的青睐。在激光粒度仪的各类技术指标中，“分辨能力”对于电池材料的检测有着极为重要的意义。分辨能力是指激光粒度仪对样品中不同粒径之间的区分能力。这种能力对电池材料的检测非常重要，例如，过小颗粒的石墨粉中往往具有较多的菱方结构，用参有这种石墨材料的锂电池，储锂容量就会比较小，而分辨能力高的激光粒度仪，就能较容易地检测出石墨原材料中的菱方结构。/span /pp style="text-align: center text-indent: 2em "img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201806/insimg/f3d5ee0f-102d-47ac-9a4e-773ee5e791bc.jpg" title="3.jpg"//pp style="text-align: center text-indent: 2em "strongspan style="font-family:宋体"激光粒度仪原理示意图/span/strong/pp style="text-indent: 2em "span style="font-size:14px font-family:宋体"评估激光粒度仪分辨能力的方法有很多，最常见的就是测量在已知粒径的标准样品中加入少量比例已知的大/spanspan style="font-size:14px font-family:' Calibri' ,' sans-serif' "//spanspan style="font-size:14px font-family:宋体"小颗粒样品，看测试结果是否能满足真实的差异。目前在市场上，激光粒度仪的分辨能力往往从散射光能分布角度、信噪比光学电子设计、高精度的模数转换及反演计算水平等角度改进。而具有高品质高分辨率元器件、装配工艺及算法数控优化水平高的激光粒度仪，也越来越为锂电行业所重视。/span/p

近年来，随着全球新能源电动汽车的快速发展，锂电池的消耗量也迅速增加，镍、钴和稀有金属等原材料作为制造电池的常用材料，其需求量也骤然激增。面对与日俱增的需求和全球供应链的紧张，许多国家出现了原材料短缺的问题，废旧锂电池回收是获取原材料的重要来源之一。回收锂电池行业虽然热门，但是它的“水也很深"，想要赚大钱不仅要有专业的回收设备，还要懂得行内话，了解锂电回收的“行话"，还能让你判断对方在圈内的“道行"。手持材料分析光谱仪|怎么区分锂电池分类的成分-1、按正极材料分：“铁锂"：即磷酸铁锂电池；“钴锂"：即钴酸锂电池；“锰锂"：即锰酸锂电池；“三元"：即三元锂电池；手持材料分析光谱仪|怎么区分锂电池分类的成分-2、按产品形态分：“铝壳"：即方形锂电池“钢壳"：即圆柱锂电池；“聚合物/铝塑膜"：即软包锂电池。手持材料分析光谱仪|怎么区分锂电池分类的成分-3、按用途分：消费类锂电池；动力锂电池；储能锂电池。可以为锂电回收行业提供系统的解决方案，为了帮助刚入行或者想要入行的客户快速了解锂电回收行业， 不同类型的锂电池价格可是天差地别，区分锂电池的种类，来给废料定价，是达到现场结算的基础；快速收货，以免上当，是回收的目的！千万别把铁锂的当成三元的带回家！手持光谱仪正极片及粉中镍（Ni）、钴（Co）、锰（Mn）等元素的成分检测；废旧电池负极材料铜箔中铜（Cu）含量的检测、电池金属外壳及粉料中成分检测；可以对大量废旧电池进行现场检测和快速分类；数秒便可判断出废旧电池的型号和成分含量；为购销双方在交易时，作出迅速判断提供必要的信息依据林巴斯合金分析仪是一种XRF光谱分析技术，可用于确定物质里的特定元素，同时将其量化。在这个飞速发展的时代，无论是什么行业，对于效率的要求就非常高了。　　SciAps手持合金分析仪之所以被各个厂家和企业青睐，SciAps手持式合金分析仪设备耗电量低，适合野外检测，避测过程中电量不足导致实验中断的现象发生，弥补了大多数合金分析仪续航时间短这一共性缺陷。SciAps手持式合金分析仪重量仅有1.54公斤，这一特性也让它在野外检测工作中奠更受欢迎。

p　　补贴滑坡、材料涨价，双重压力下，当前我国锂电池产业或将面临一场大洗牌。/pp　　近几年新能源汽车的快速发展极大地带动了我国锂电池产业的发展。有数据显示，2017年，我国锂电池的市场规模已经达到了1130亿元左右，其中动力锂电池规模大约600亿元。目前我国电池生产企业已超过200家，是全球拥有锂电池生产企业最多的国家。预计到2020年，我国在全球电池市场所占的份额将达七成以上。/pp　　然而，自今年2月12日开始新能源汽车补贴标准的“断崖式”下降，也影响到了锂电池企业。根据新的标准，补贴分档从3档增加到了5档，补贴门槛也从续航里程100公里提高到150公里，基本上遵循了续航里程越长补贴标准越高的原则，由于补贴标准调整太快，不少以生产低能量密度锂电池的企业还未来得及转型，同时随着近几年国内锂电池产业的大热，锂电池产品的相关材料普遍涨价，在补贴滑坡、材料涨价的双重背景下，今年锂电池企业的业绩基本都发生了大幅下滑。/pp　　锂电池产品除了做成动力电池外，还可以做成储能电池，两者之间动力电池的价格更高一些，与动力电池不同，储能电池对能量密度的要求不高，但对电池的安全性与寿命的要求极高，比如磷酸铁锂电池，由于能量密度比较低，在动力电池领域逐渐被三元锂电池取代，而磷酸铁锂电池的安全性非常好，大多数储能电站都选择磷酸铁锂电池作为储能电池，事实上，正是由于磷酸铁锂电池的安全性，比亚迪曾长期将其作为新能源汽车的首选电池，也正因如此，在逐渐强调长续航里程的今天，比亚迪的锂电池产量被主打高能量密度锂电池的宁德时代超越。/pp　　不过，锂电池储能电站一般用在新能源电站上，在传统电站内的应用还比较少。由于风电和太阳能电压不稳，发电时间不确定，使用储能电站作为电力中继更有利于电网的健康运行，有些太阳能电池公司也把太阳能电站与储能电站组合成一个产品来销售，减少了客户部署的难度，近几年随着锂电池产业的快速发展，常规电站建设锂电池储能电站逐渐成为一种热潮，同抽水蓄能电站相比，电池储能电站更加灵活，占地面积更小，基本上在各地都可以都快速进行布局。/pp　　纵观国内的锂电池产业，高能量密度电池技术依然比较薄弱。在低能量密度电池相对供应过剩的前提下，适当地发展锂电池储能技术有望让锂电池产业更加健康地发展。/pp　　中国对新能源汽车行业新政下的补贴退坡会对新能源汽车行业产生一定的洗牌效应，这种洗牌效应对我国锂电池产业的影响非常明显，在补贴退坡的新政下，很多锂电池企业将面临一场优胜劣汰式的大浪淘沙。强者恒强，弱者恒弱甚至出局，这或许是大势所趋，难以阻挡。/ppbr//p

8 月 16 日 - 18 日，2017 第二届亚太电池技术展览会在广州琶洲国际会展中心举行。飞纳电镜作为锂电材料形貌成份高效检测工具，盛装出席此次会议，现场展示了飞纳电镜高分辨率专业版 Phenom Pro 和飞纳电镜大样品室卓越版 Phenom XL，其中 Phenom XL 集成了背散射电子成像，二次电子成像与能谱分析等功能，两台台式扫描电镜吸引了众多参观者的目光。由于新能源汽车的高速增长，各锂电池企业纷纷扩产。相对以往单纯追求产能的突破外，行业内先行企业把目光投射到材料研发带来的电池产品性能提升上。锂电池主要由五部分构成，即正极材料、负极材料、电解液、隔膜和包装材料。其中，包装材料和石墨负极技术相对成熟，成本占比不高。锂离子电池的核心材料主要是正极材料、电解液和隔膜。其中，正极材料是锂电池最为关键的原材料，占锂电池成本的 30% 以上。材料的研发少不了一双“眼睛”，这双眼睛就是扫描电镜。扫描电镜可以对锂电池材料的正极材料，负极材料，隔膜，极片等进行微观的形貌检测及元素成份分析。飞纳台式扫描电镜使用独特的 CeB6 灯丝，提高了扫描电镜的分辨率，保证了图像质量。由于操作简单，维护方便，抽真空时间短，大大地提高检测效率，受到锂电池企业客户的青睐。设计精巧，完全防震，省去了客户为精密仪器安装环境要求高的担忧。即时在展会现场喧闹的环境中，飞纳电镜仍然能高效运行，30 秒成像，持续稳定地工作。锂电池正极材料由于中国大型锂电正极材料近十年迅速发展，产品质量大幅度提高，并具备较强的成本优势，近年来日韩锂电企业开始逐步从中国进口锂电正极材料，据悉目前中国锂电正极材料市场份额已占据全球一半左右，未来发展空间仍广阔。飞纳电镜拍摄的锂电池正极材料锂电池负极材料负极材料作为锂电池的四大关键材料之一，决定了锂电池充放电效率、循环寿命等性能。锂电池负极材料国内技术成熟，碳材料种类繁多，成本比重最低，在 5-10% 左右。现阶段负极材料研究的主要方向如下：石墨化碳材料、无定型碳材料、氮化物、硅基材料、锡基材料、新型合金和其他材料。飞纳电镜拍摄的锂电池负极材料隔膜隔膜在成本构成上仅次于正极材料，占 20-30%，隔膜的性能决定了电池的界面结构、内阻等，直接影响电池的容量、循环以及安全性能。飞纳电镜拍摄的锂电池隔膜更多体验，尽在飞纳电镜飞纳台式扫描电镜 VR 之旅手套箱版台式电镜有些锂电池材料很容易与空气发生反应，影响形貌成份分析，飞纳电镜发布全球首款手套箱版台式电镜，实现扫描电镜放置在手套箱内，制样-观察全程惰性气体保护。原位通电样品杯允许用户将电探针连接到样品进行原位测量

锂电池的正极质量影响着电池的充放电性能，其中正极的主量元素配比以及杂质元素的浓度尤为重要。当正极材料中存在铁 (Fe)、铜 (Cu)、铬 (Cr)、镍 (Ni)、锌 (Zn)、铅 (Pb) 等金属杂质时，电池化成阶段电压达到这些金属元素的氧化还原电位后，它们就会先在正极氧化，然后再到负极还原成单质。当负极处的金属单质累积到一定程度，其沉积金属坚硬的棱角就会刺穿隔膜，造成电池自放电，对电池造成损害，甚至致命影响。因此，从正极源头上保证其纯度，防止金属杂质异物的引入，对电池生产质控就显得格外重要。目前的锂电池企业通常采用电感耦合等离子体发射光谱法 (ICP-OES) 测定主量元素配比以及杂质元素含量。ICP-OES仪器相对较低的购买和使用成本，使之在相关企业有着广泛的使用。随着锂电池产业升级加速，生产质控愈发严格，对正极材料中元素杂质含量限度要求越来越苛刻。ICP-OES由于其自身原理的局限性，在部分含量较低的杂质元素如Cr、Cu、Fe、Zn、Pb的准确检出方面出现瓶颈。例如，在某些生产工艺控制严格的企业，上述5个元素的控制浓度在1ppm左右（个别厂家Fe含量在10ppm以内），在日常检测中，经过100倍固液稀释比的样品前处理后，样品上机测定时的浓度低至10ppb以下。由于在主要检测观测区的谱线干扰严重，能否实现上述杂质元素浓度的准确分析，对ICP-OES的性能提出了非常大的挑战。与ICP-OES相比，电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)的测定灵敏度更高，检出能力更强，检测下限更低，更加符合锂电池企业高效率准确检测低含量杂质元素的需求。ICP-MS的工作原理决定了其受到的干扰与ICP-OES有较大的区别。ICP-MS受到的干扰主要分为基体干扰和质谱干扰。通常情况下，锂电池正极样品前处理的固液稀释比例在100~200倍，而且前处理时使用较多的酸，使得样品中的固溶含量和酸度都很高，造成ICP-MS的空间电荷效应和电离抑制，待测元素受到基体干扰；对于正极材料样品来说，较高浓度的主量元素会与O、Cl、N等元素结合，形成分子量为M+16、M+35、M+14等质谱干扰。另外，主量元素的高浓度还会产生拖尾，影响分子量M±1元素的测定。如何帮助锂电池企业使用ICP-MS有效克服上述诸多干扰，提高生产效率以及产品质量和性能，成为ICP-MS供应商面临的重要任务。标配全基体进样系统 (AMS) 的珀金埃尔默NexION系列ICP-MS，配合大锥孔三锥设计，QID四极杆离子偏转器，以及具备标准、碰撞和反应三种模式的UCT通用池，可以获得优异的基体耐受性、仪器稳定性和更低的记忆效应。通过进行简单易行的仪器参数优化、干扰消除模式选择和同位素质量数选择，有效消除基体和质谱干扰，准确测定锂电池正极样品中的低含量杂质元素。下述表格显示了NexION 1000G ICP-MS对来自锂电池生产企业的正极材料样品中Cr、Cu、Fe、Zn、Pb杂质元素含量的测定结果，以及仪器方法的优异性能。表1.锂电池正极样品测定结果表2.锂电池正极样品加标回收率测定结果** Cu、Pb、Cr加标5μg/L；Zn、Fe加标50μg/L如何简单有效地做到准确测定锂电池正极材料中低含量杂质元素？请扫描下方二维码即刻获取《ICP-MS测定锂电池正极材料中Cr，Cu，Fe，Zn，Pb杂质元素含量》。扫描上方二维码即可下载右侧资料➡

在动力电池界，三元锂和磷酸铁锂是最常用的两种锂离子电池。三元锂电池因为其正极材料中的镍钴铝或镍钴锰而得名“三元”，而磷酸铁锂电池的正极材料为磷酸铁锂。由于三元锂电池当中的钴元素是一种战略金属，全球的供应价格连年来一路飙升，相较之下，磷酸铁锂电池中没有钴这种价格昂贵的金属，更加便宜。因此，更多的造车企业采用磷酸铁锂电池来降低生产成本，抢占市场份额。在过去的2021年，磷酸铁锂凭借高性价比优势成为市场选择的宠儿，主流材料生产企业大多实现扭亏为盈，而下游动力方面需求的强劲支撑也使其在年末阶段面对高价的碳酸锂原料依然积极扫货。2022年1月国内磷酸铁锂产量为5.91万吨，同比增长158.9%，环比小幅提升3.3%。2021年1-12月国内动力电池装机量达到154.5Gwh，同比增长142.8%，其中磷酸铁锂电池在7月实现对三元电池产量与装机量的双重超越后，领先优势不断扩大，1-12月累计装机量达到79.8Gwh，占比51.7%，同比增幅达到227.4%，其中宁德时代、比亚迪和国轩高科分列磷酸铁锂电池装机前三甲，CR3集中度超过85%。从生产企业来看，德方纳米凭借稳定的客户渠道和产能优势，全年产量继续领跑；国轩高科在储能和自行车领域开疆拓土，自产铁锂需求稳健，紧随其后；湖南裕能、贝特瑞、湖北万润是市场供应的坚实后盾。考虑到未来全球动力电池与储能电池需求，预计2025年全球磷酸铁锂正极材料需求约为98万吨，对应市场规模约为280亿元。伴随着宁德时代年产8万吨磷酸铁锂投资项目签署，磷酸铁锂新一轮周期即将来临。大规模的量产也必将刺激比表面积分析仪的市场需求。众所周知，比表面积分析仪在锂离子电池行业有着广泛的应用需求，主要应用于正极材料、三元前驱体材料、负极材料、隔膜涂覆用氧化铝等材料的比表面积测试。比表面积过大的石墨粉在粉碎过程中更易于使其晶型结构发生改变，小颗粒石墨粉中菱形晶数量相对较多，而菱方结构的石墨具有较小的储锂容量，使电池的充放电容量有所降低。另外比表面积过大，单位重量总表面积就会很大，需要的包覆材料越多，导致电极材料的堆积密度减小而体积能量密度下降。如果能准确的对各种原材料进行比表面积测试，在一定程度上有助于研判后续产品的性能。磷酸铁锂作为动力电池的正极材料，其比表面积与电池的性能密切相关。通常情况下，磷酸铁锂的比表面积与碳含量呈线性关系。生产中有比表面积测试仪进行测试。比表面积太小，说明材料的碳包覆量不够，直接体现是电池内阻偏高、循环性能不好。比表面积过大，说明材料的碳包覆量过高，直接的体现是材料的电化学性能极好，但易团聚、极片加工困难，且涂布不均匀等。行业标准《YS/T1027-2015磷酸铁锂》明确规定了磷酸铁锂比表面积测试方法及流程。快速高效、精确规范的测试离不开性能优良的测试仪器，JW-DX系列快速比表面积测试仪，测试方法及数据符合《YS/T 1027-2015磷酸铁锂》的要求。JW-DX比表面积测试仪采用专利号为20140320453.2的吸附法专利测试，完全避免了常温下样品脱附不完全带来的测试误差，非常适合粉体生产厂家的在线快速测定。测试范围：比表面测试范围：0.0001m2/g，重复精度：±1%产品特性：1、测试速度快，5分钟测试一个样品；2、吸附峰的峰形尖锐，灵敏度大幅提高；3、独立4个分析站，实现了多样品的无干扰、无差异测试；4、外置式4站真空脱气机，避免污染测试单元。

本文要点随着科技的进步，3C产品的多元化，集成化，便捷化，产品的体积越来越小，锂电池作为储能设备，不仅用于手持式电器，如手机，电脑，也广泛应用于汽车行业，得益于仅使用电能，几乎不产生CO2，相比传统燃油车具有更好环保效果，因此锂电池成为了当前应用最广泛的储能电池。目前主流的锂电池技术有磷酸铁锂和三元锂电池。其中三元锂电池具有更高的能量密度，更小的重量下具有更高的续航能力。然而三元锂电池相比于磷酸铁锂电池，耐高温性较差，如果电池因外部撞击破坏或内部异常损伤，均可导致电池短路，发生放热现象，更严重的会直接自燃。因此，有关锂电池的安全性，近来成为网上的热点话题，也是很多科学家及企业需要攻克的难题。三元锂电池结构三元锂电池是由正极，负极，隔膜，外包材，电解液等组成的。其中隔膜具有隔离电池正负极，仅让锂离子通过的作用。如果电池内部隔膜发生破坏，就会出现正负极联通导致电池短路放热，引燃电解液的现象发生。一般引起隔膜穿刺现象的原因有外部撞击破坏或内部异物破坏导致的。其中，外部的机械滥用或是电滥用均有可能导致电池热失控而发生意外自燃；内部异物破坏的诱因可能是原材料内部不纯净或工艺问题，而引入一些微米级别金属磁性单质，导致在电池使用过程中出现金属磁性单质刺破隔膜，发生短路现象。因此针对于三元锂电池原材料异物解析，可以采用扫描电镜及能谱异物分析功能，实现对原料或工艺后期引入的异物的自动寻找及分析。日立钨灯丝扫描电镜Flexsem1000 Ⅱ型(左)和场发射扫描电镜SU5000（右）本次测试采用日立钨灯丝扫描电镜Flexsem1000Ⅱ和牛津Aztec Feature软件，对微孔滤膜上的三元正极粉末的生产原料进行大区域自动采集，分析，找出关注颗粒单质Fe，对单质Fe进行统计，给出统计结果，进而评估原料是否合格。在整个测试过程中，设备自身的自动化功能调整，条件的标准化把控以及Feature软件自行检测，记录与统计，大大的降低了人的依赖性。测试特点1、 Flexsem1000Ⅱ可以一键切换高低真空，无论是导电与不导电样品，都无需对样品进行喷金处理而直接测试。2、 Flexsem1000Ⅱ配置了高灵敏5分割BSE探头，可轻松获得高衬度图像；且标配了自动聚焦，自动亮度对比度等自动化功能，快速准确调整电镜图片。3、 使用大面积拼图功能，可以测试整个微孔滤膜上的样品，获得全部颗粒的结果；同时，对每一个测量位置也可以实现追溯，再分析等功能。4、 根据自身需求，自行设置分类异物，在最终结果中得到异物颗粒的某一单一数据或所有异物的数据，如总个数，占比等结果。5、 在测试分析过程中，可实现后期无人监看，电镜自行完成样品台上样品的全部测试并获得最终结果。日立为三元锂电池异物分析提供了扫描电子显微镜及能谱，Feature软件的解决方案，不仅帮助检测原料异物，同时在工艺管控，品控测试环节提供更多的帮助。END公司介绍：日立科学仪器（北京）有限公司是世界500强日立集团旗下日立高新技术有限公司在北京设立的全资子公司。本公司秉承日立集团的使命、价值观和愿景，始终追寻“简化客户的高科技工艺”的企业理念,通过与客户的协同创新，积极为教育、科研、工业等领域的客户需求提供专业和优质的解决方案。 我们的主要产品包括：各类电子显微镜、原子力显微镜等表面科学仪器和前处理设备，以及各类色谱、光谱、电化学等分析仪器。为了更好地服务于中国广大的日立客户，公司目前在北京、上海、广州、西安、成都、武汉、沈阳等十几个主要城市设立有分公司、办事处或联络处等分支机构，直接为客户提供快速便捷的、专业优质的各类相关技术咨询、应用支持和售后技术服务，从而协助我们的客户实现其目标，共创美好未来。

聚合物锂电池是在原有钢壳、铅壳电池的基础上发展起来的第二代锂离子电池，以其更轻、更薄、能量密度更高的特点，受到国内外通讯终端厂商及设计公司的青睐。聚合物锂离子电池与液态锂离子电池最根本的区别在于二者所采用的电解质不同。聚合物电池的电解质从外观上看为固态，称为聚合物固体电解质。这种电解质是一类处于固体状态，但能像液体那样溶解支持电解质，并能发生离子迁移现象的高分子材料。聚合物锂离子电池所用的正负极材料与液态锂离子都是相同的，正极材料分为钴酸锂、锰酸锂、三元材料和磷酸铁锂材料，负极为石墨，电池工作原理也基本一致。 随着通讯技术的飞速发展，手机彩屏技术、彩信技术、蓝牙技术及摄像技术相续出现，对电池的容量、体积、重量及电化学性能等指标提出了更高的要求，传统的液态锂电已越来越不能适应新的需求。新型聚合物锂离子电池的出现，迎合了这一需求。电池安全性一致性要求的不断提升，给诸多精密检测设备应用于锂电池制造提供了良好的发展机会。AKF-BT2015C是国产第一台带卡式加热炉的电池水分测定仪，由上海禾工科学仪器有限公司研发生产，禾工AKF-BT2015C从而为锂电池企业提供一套完美的锂电池水分检测解决方案。AKF-BT2015C锂电池水分仪测量原理：样品称量后放置在加热炉内，试样中的水分在高温下蒸发，用惰性气体将水蒸气送至滴定池内，以卡尔费休库仑法测定其水分，卡式加热炉采用瓶式加热技术。 AKF-BT2015C锂电池水分仪国内百家锂电池生产企业用户共同之选，累计销售量数千台，电解液、正负极材料、极片、电池粉末等固体、液体样品轻松检测。低于进口同类产品30%。

随着手机、数码产品、电动汽车的普及，锂电池在人们生活中扮演着越来越重要的角色。随之而来，锂电池的性能和安全问题成为人们关注的焦点。除了某些外部因素如过充、火源、挤压、穿刺、短路等，以及在锂电池电极制造、装配等过程中的质量控制起到很大影响之外，主要影响因素来源于以下几个方面：（1）正极材料：当锂离子电池使用不当时，导致电池内部温度过快升高，造成正极材料中的活性物质分解和电解液的氧化，从而产生大量热量，使得电池过热，引起燃烧甚至爆炸。（2）负极材料：如果以金属锂做负极材料，电池经过多次充放电后容易产生锂枝晶，进而刺破隔膜，导致电池短路、漏液。目前常用嵌锂化合物作为负极材料，有效避免锂枝晶的产生，提高安全性。（3）隔膜与电解液：锂电池的电解液通常为锂盐（如六氟磷酸铝）与有机溶剂（如碳酸酯）的混合溶液，电池温度较高时下易发生热分解。锂电池的生产环节上游为原材料的开采、加工和冶炼环节；中游涵盖了正极材料、负极材料、电解液以及隔膜的生产；下游主要涉及电芯制造和Pack封装。各个环节都需要用到仪器分析以确保品质符合要求。 珀金埃尔默致力于提供专业、可靠的锂电池检测解决方案，助力锂电安全发展。元素分析方案正极、负极、电解液等锂电池关键材料中的元素含量对成品质量有重大影响，是锂电原材料质控的关键项目。Ni、Co、Mn、Li等常量元素的含量决定了正极材料的性能表现；杂质元素含量决定了锂电池安全等性能。1. ICP-MS应用锂电池的关键材料中的杂质元素的浓度，对电池的充放电性能起到至关重要的作用。通常情况下，金属元素杂质的分析可以采用ICP-OES方法，但由于其仪器原理的局限，无法满足部分浓度较低杂质元素的检测。ICP-MS检出限相比ICP-OES更低，能很好地解决这一问题。针对锂电池元素杂质分析，珀金埃尔默NexION系列ICP-MS具备如下优势：（1）采用AMS全基体进样系统，在线通入稀释气，配合大锥孔设计，有效解决高酸及高颗粒样品中易堵塞锥口的问题；（2）采用四极杆离子偏转器（QID）偏转四级杆，离子90度偏转，可以获得优异的基体耐受性、仪器稳定性以及更低的记忆效应；（3）单颗粒(SP)-ICP-MS技术有效检测铜颗粒、含铜颗粒的数量及粒径分布。2. ICP-OES应用除了锂电池关键材料中的杂质元素外，正极材料，尤其是三元材料中主量元素的比例直接决定了锂电池的性能表现。珀金埃尔默Avio系列ICP-OES除了可以检测杂质元素，还能针对主量元素进行准确测定，助力电池质量精准控制。Avio系列ICP-OES检测锂电池样品具有以下优势：（1）实时内标法带来0.1%的测试稳定性，非常适合主量元素测定；（2）专利的双向观测能同时满足测定高浓度与低浓度的需求；（3）电解液类含有机溶剂样品可稀释后直接进样；（4）独有的扣除光谱干扰功能，解决了ICP-OES分析复杂基体样品中的谱线干扰问题；(5）氩气消耗量低，节省成本。材料表征方案在锂离子电池发展的过程当中，需要大量信息来帮助我们对材料和器件进行数据分析，以得知其各方面的性能。1. 红外光谱应用傅里叶红外光谱技术（FT-IR）是锂电池研发过程中的一种重要的材料表征手段。它能提供化学键和官能团的具体信息，以确定氧化降解过程中影响锂电池性能的瞬时锂态和杂质情况。采用红外光谱和红外成像技术，可以表征粘结剂和隔膜材料在充放电过程中的化学键变化及劣化情况。珀金埃尔默红外光谱仪配备了一系列先进的创新设计，旨在为锂电池产品研发提供卓越的光谱分析能力。其中Spectrum 3系列还可以升级为具有衰减全反射（ATR）图像功能的 Spotlight™ 400红外成像系统，极小样本也能实现高分辨检测，并通过红外光谱数据可视化地展示材质成分。2. 热分析应用锂离子充电电池所使用的材料的耐热稳定性（热分解、产生气体等）测试非常重要。例如隔离材料，其结晶结构可左右电池性能。另外，如果在封装过程中使用了环氧类固化材料，则需要对其固化度进行检测。使用由热分析仪器与光谱及质谱等仪器联用组合而成的逸出气体分析系统，为您提供可获取材料正确信息的有效快速的分析方法。珀金埃尔默联用系统的应用优势：（1）DSC 8500采用功率补偿型设计原理，能真实直接测量能量和温度而非温度差；（2）DMA 8000自由旋转的测试头，可旋转180度，从而在任何合适的方位进行装样测试；（3）珀金埃尔默提供从色谱、质谱、光谱和热分析等全面产品支持，可将不同产品联合使用，充分利用各个仪器的优势，产生协同效技，达到单次试验，获得多个结果的目的。失效分析方案气相色谱及气相质谱可进行电解液（包括添加剂）成分分析、溶剂组分含量测定，以及石墨类负极材料有机物含量测试。可通过分析充放电后的电解液确认组成比例的变化及分解成分等，进而有助于判断电池失效的原因。珀金埃尔默Arnel Model 4017可用于分析电池内部产生的气体，常见产气成分有H2、CO、CO2 等永久性气体以及CH4、C2H4、 C2H6 等烷烃类气体，从而推测电池的内部状态。珀金埃尔默产品在锂电材料检测中的应用概览扫描以下二维码，获取珀金埃尔默锂电池检测解决方案

锂离子电池是一类由锂金属或锂合金为正/负极材料、使用非水电解质溶液的电池。因其具有电压高、比能量高、循环寿命长、环境友好等优点，被广泛应用于电子产品、轨道交通、新能源等动力领域。然而...关于锂离子电池起火的案例却屡见不鲜这背后究竟有怎样的成因？小谱在线来解答请输入当锂离子电池正极材料中存在铁（fe）、铜（cu）、铬（cr）、镍（ni）、锌（zn）、银（ag）等金属杂质时，电压达到这些金属元素的氧化还原电位后会到负极还原为固体单质，当累积到一定程度，沉积金属坚硬的棱角就会刺穿隔膜，造成电池自放电，从而发生起火现象。所以，在新能源锂电池行业中禁用锌、铜、镍元素，其杂质含量也应得到严格管控，从而避免锂电池起火等事件发生。元素检测利器icp-oes电感耦合等离子体发射光谱仪（icp-oes）作为一种快捷、准确检测元素含量的分析仪器，是锂离子电池及相关材料元素检测的常用设备。相关标准如 gb/t 20252-2014《钴酸锂》、gb/t 24533-2009《锂电池石墨负极材料》、gb/t 30835-2014《锂离子电池用复合磷酸铁锂正极材料》、gb/t 30836-2014《锂离子电池用钛酸锂及碳复合负极材料》及iec 62321中，均规定使用icp-oes测试锂离子电池中常量及微量杂质元素含量。难点分析一、杂质元素含量低，常量及微量元素需同时检测；二、锂电池电解液含有机溶液，直接进样易形成积碳；三、基体光谱干扰严重，对仪器的基体耐受性和抗干扰能力带来极大挑战。谱育科技解决方案expec 6000 icp-oes谱育科技expec 6000 是一款经典的高性能国产icp-oes仪器，可凭借优异的产品性能帮助您解决锂离子电池元素检测中遇到的难题。- 基体耐受性强：炬管垂直放置，功率可达1600w，具备更强的抗基体干扰能力；- 高低浓度同时检测：防饱和溢出ccd，智能积分以获得最佳信噪比、高动态线性范围；- 干扰校正功能：多种干扰校正方法和全自动实时背景扣除功能，消除基体背景干扰。- 功能扩展：配置有机进样系统，有机物直接进样；超级微波消解仪实现全自动消解。典型应用数据（一) 磷酸铁锂电池材料中锂元素及13种金属元素含量采用expec 6000测定锂离子电池正极材料磷酸铁锂中13种金属元素含量，样品做5个平行加标。检测结果：各元素检测值与参考值基本吻合，方法精密度和加标回收率良好，检测结果准确可信，完全满足分析测试要求(如下表所示)。（二) 锂离子电池电解液成膜添加剂采用expec 6000测定了2种锂电池电解液成膜添加剂中8种金属元素，每个样品做5个平行加标。检测结果：方法精密度与加标回收率良好（如下表所示），检测结果稳定、准确，仪器完全满足分析测试要求。

CATL 作为领先的锂离子电池研发制造公司，在清洁度管控方面的研发投入、经验积累都处于行业领先地位。如今，CATL 已采用新一代基于扫描电镜 + 能谱的全自动解决方案，帮助其清洁度控制。01 为什么要做电池材料的杂质分析？既然大家都在做锂电池杂质分析，那这小小的杂质，到底怎么不好了呢？ 其实，锂离子电池的性能与正负极材料的质量息息相关。当在正极材料中存在铁（Fe）、铜（Cu）、铬（Cr）、镍（Ni）、锌（Zn）、银（Ag）等金属杂质时，这些金属会先在正极氧化再到负极还原，当负极处的金属单质累积到一定程度，其沉积金属坚硬的棱角就会刺穿隔膜，造成电池自放电。当然，负极材料中的杂质元素同样严重影响电池的电化学性能，有可能刺穿隔膜，造成安全隐患。这小小杂质可不得了。 图片来源于网络 所以，在锂电池行业，对于正负极材料的杂质，大家都在想尽办法去把控。 02 现在大多数还在使用等离子体发射光谱法（ICP-OES）测定，这种测试方法需要将磁选出的杂质颗粒溶解到酸液中，并给出各个成分的含量均值。 这种方法测出来的元素含量的准确性很高，但也存在 2 个主要问题：无法定量锂电杂质颗粒的形态和数量无法区分锂电杂质颗粒的种类（如铁类、铜类） 03 我们先来看一下这个新方案，能帮我们解决哪些烦恼~ 每个杂质颗粒的形貌，尺寸，成分，以及分类都能看！ 自动识别并采集所有杂质颗粒的形貌及成分信息。清晰的表面形貌有助于分析杂质的产生机理（如摩擦磨损等），成分信息有助于分析杂质产生的来源。 每个杂质颗粒的形貌，尺寸，成分，和分类信息都能呈现 不同种类的杂质颗粒的数量及成分信息都能看！ 杂质的分析结果严格按照 VDA19 要求的格式呈现，颗粒分类统计结果更有助于评估锂电池生产的清洁度情况，方便不同批次样品的对比，以及生产工艺调整的验证。 能检测到的所有杂质颗粒的数量和成分信息， 一目了然 各种杂质颗粒的分布情况都能看！ 将杂质颗粒的分类统计结果更直观的体现在直方图中，结果一目了然。 各种杂质颗粒的分布情况（按体积分布） 04 检测原理：以扫描电镜 + 能谱仪为硬件基础，通过背散射成像的明暗衬度识别颗粒，进而对颗粒进行能谱成分分析，根据颗粒形貌和成分信息对其智能分类，并且可以一键生成检测结果的报告。 Particle X 杂质自动分析系统的工作原理 一键生成检测报告时，可以选择您感兴趣的信息，也可以选择不同的报告存储格式。不管是用于汇报或存档（PDF 格式）还是调用数据（Excel 格式），都非常方便。 一键生成检测报告（PDF 和 Excel 格式均可） 让我们看一下大家最关注的几种杂质颗粒的检测结果（截取自检测报告）~ 以下是系统自动筛选出的杂质颗粒的部分结果，可以直观地看出杂质的形态，成分，种类等信息。 当然，Particle X 系统除了可以智能分析电池清洁度外，还可以用来分析钢铁夹杂物，汽车清洁度等。 ParticleX 参数 图像分辨率：优于 8nm放大倍数：250,000x灯丝材料：1,500 小时 CeB6 灯丝抽真空时间：小于 30 秒探测器：背散射电子探测器（选配二次电子探测器）样品室尺寸：100mm x 100mm应用场景：电池清洁度检测，钢铁夹杂物检测，汽车清洁度检测

锂电池是一种以锂离子为电荷载体的可充电电池，广泛应用于便携式电子设备、电动汽车（EVs）、能源存储系统以及其他多种应用中。锂电池由正极材料、负极材料、电解液、隔膜、电池外壳等部件组成，其中 01正极材料： 常见的有锂钴氧化物（LiCoO2）、锂铁磷酸盐（LiFePO4）、锂镍锰钴氧化物（NMC）等。 02 负极材料： 通常使用石墨或硅基材料。 03 电解液： 含有锂盐的有机溶剂，如六氟磷酸锂（LiPF6）溶解在碳酸酯类溶剂中。 04 隔膜： 一种多孔材料，允许锂离子通过，同时防止电极间的物理接触。 05 电池外壳： 保护内部组件并提供结构支持。 如新能源汽车上使用的磷酸铁锂电池和三元锂电池，正极使用的配方与主量元素间的配比，直接决定电池的能量密度、充放电循环效率等。正/负极材料与点解液中的杂质元素含量，对电池品质也有着重要影响，珀金埃尔默分析仪器对上述质量控制节点，均有很好的解决方案。 1 ICP-OES/ICP-MS 正极材料分析中的应用 锂电池的正极质量影响着电池的充放电性能，其中正极的主量元素配比以及杂质元素的浓度尤为重要。当正极材料中存在铁(Fe )、铜(Cu)、铬(Cr)、镍(Ni)、锌(Zn)、铅(Pb)等金属杂质时，电池化成阶段的电压达到这些金属元素的氧化还原电位后，这些金属就会先在正极氧化再到负极还原，当负极处的金属单质累积到一定程度，其沉积金属坚硬的棱角就会刺穿隔膜，造成电池自放电。自放电对锂离子电池会造成致命的影响，因而从源头上防止金属异物的引入就显得格外重要。 图1. 电池正极材料 现阶段的众多锂电池企业，均采用ICP-OES作为主量元素配比以及杂质元素浓度的测定工具。使用ICP-OES测试主量与杂质元素时，可能会遇到的一些问题如： 1.主量元素浓度高，仪器动态范围是否够宽? 2.测定主含量元素的同时，能否测定微量杂质元素？ 3.测定主含量元素仪器是否稳定? 4.测定杂质仪器是否有足够的灵敏度? 等等 得益于珀金埃尔默公司Avio系列ICP-OES上的独特设计，配备平板等离子体技术、双向观测模式、丰富的元素谱线库、专利性的光谱干扰校正技术（MSF，多谱拟合技术）能够有效解决上述问题。 （点击查看大图） 伴随着产业的发展以及工艺的提升，对杂质的管控越发严格，杂质浓度限值一直在往下调。ICP-OES由于其仪器原理的限制，在测定低浓度杂质元素时遇到瓶颈。Cr、Cu、Fe、Zn、Pb这些元素尤其明显。据调研，部分厂家该5个元素浓度控制在1ppm以下（部分厂家Fe含量在10 ppm以内），在常规100倍固液稀释比前处理后，样品溶液中该元素浓度在10 ppb以下，因此使用ICP-OES进行检测遇到了极大的挑战，尤其在谱线干扰严重的情况下。而ICP-MS由于其灵敏度更高，检测下限更低，是一个非常好的检测手段。 图2. NexION系列ICP-MS 使用ICP-MS测试正极材料中杂质元素的挑战包括： 1. 杂质元素会受到主量元素质谱干扰； 2. 对不同类型的质谱干扰，需要不同的干扰校正模式。 通过对多个厂家的锂电正极材料做测试，运用空白实验、平行样、加标回收等质控手段进行测试，验证了珀金埃尔默NexION系列ICP-MS，标配AMS进样系统，配合大锥孔三锥设计，四极杆离子偏转器，可以获得优异的基体耐受性、仪器稳定性，以及更低的记忆效应。 图3. NexION ICP-MS测试正极材料 杂质元素加标回收率 （点击查看大图） 图4. NexION ICP-MS测试正极材料 杂质元素校准曲线 （点击查看大图） 实验结果表明，通过选择合适的同位素以及仪器强大的耐基体性能保证了数据的准确性与稳定性。该方法十分适合分析高基体锂电正极材料。 2 ICP-MS在锂电池 电解液分析中的应用 电解液是锂离子电池的重要组成部分，在电池中作为离子传输的载体，使锂离子在正负极间移动。电解液通常由锂盐、溶剂和添加剂组成，其中溶剂提供离子传输介质，锂盐增强电解质的离子传输率。 电解液样品无法用传统的微波消解前处理，因为样品中含有乙醇与其他挥发性有机物，微波消解会发生爆罐。马弗炉灰化会产生大量有毒的氟化磷，而电热板消解需要大量酸同时实验人员必须在边上值守防止样品碳化，耗时且会引入污染。所以对于这类样品用有机溶剂直接溶解后快速直接进样。短时间内即可处理完样品，同时避免了容器与酸引入的污染。 珀金埃尔默公司的ICP-MS搭配全基体进样系统（AMS）为电解液中杂质元素分析提供一条全新思路。利用ICP-MS极高的灵敏度，可以采取更大稀释倍数降低Li元素带来的高盐影响，在前处理方面，仅采使用10%甲醇（电子级），50倍稀释上机，AMS使用氩氧混合气，实现加氧防止有机物积碳，同时用氩气减少基体效应。实现了电解液中杂质元素的准确、高效、环保分析。 电解液直接进样也会引入大量C相关的质谱干扰，如Mg、Al、Cr会分别受到CC、CN、ArC等干扰，另外Ar与H2O也会是K，Ca，Fe等收到干扰。NexION系列ICP-MS全系列均可使用纯氨气作为反应气体，消除相应的质谱干扰。从而获得最准确的结果。 图5. NexION ICP-MS测试电解液杂质元素1ppb（Hg 0.1ppb）加标回收率 （点击查看大图） 图6. NexION ICP-MS测试 电解液杂质部分元素校准曲线 （点击查看大图） 3 GCMS在锂电池 电解液分析中的应用 通常用于商用锂电池的电解质溶液含有锂盐、有机溶剂和一些添加剂。有机溶剂主要是环状碳酸酯，例如碳酸亚乙酯和碳酸丙烯酯，或链状碳酸酯，例如碳酸二乙酯和碳酸甲乙酯。这些碳酸盐的构成和比例对锂离子电池的能量密度、循环寿命和安全性有重要影响。因此，研究电解质溶液中碳酸盐的构成和含量对锂离子电池的开发和质量控制起着重要作用。 图7. 珀金埃尔默 GCMS 2400 珀金埃尔默 GCMS 2400配 EI 源测定了锂离子电池电解液中的9种碳酸盐。实验结果显示该方法具有良好的精确度、回收率、线性和检测限，能够满足锂离子电池行业的需求。 表1. 精确度、回收率以及方法检出限、定量限 （点击查看大图） 4 GC在锂电池中 鼓包气体成分分析中的应用 锂离子电池因其重量轻、能量密度高以及比其他类型电池的使用寿命长等特性，被广泛应用于动力、储能等产业。锂离子电池在循环使用或储存中,可能因为电解液组分发生成膜及氧化反应、电池过充过放、内部微短路等原因导致SEI膜分解破坏从而产生气体,也可能因电解液中的高含量水分发生电解反应等原因导致电池产气鼓包, 从而带来极大的安全隐患。因此，了解电池鼓包气体的组成对于优化电解液的组成是至关重要的。 珀金埃尔默独特的解决方案，采用气相色谱TCD和带甲烷转化炉FID检测器串接技术对锂离子电池中产生的鼓包气体进行检测，获得鼓包气体的主要成分和定量分析。常见鼓包气成分有H2，O2，N2，CO，CO2等永久性气体以及CH4，C2H4，C2H6等烷烃类气体，采用TCD和带甲烷转化炉FID检测器串接技术可以同时满足高含量的CO，CO2分析以及低含量的CO，CO2 ，CH4，C2H4，C2H6等烷烃分析，该方法CO，CO2及烷烃类检出限小于1ppm，H2检出限小于10 ppm，该方法可实现手动气密针进样以及气体阀进样，可以获得待测锂离子电池鼓包气体完整、精准的分析结果。 表2.n=7次进样的相对标准偏差(RSD%) （点击查看大图） 图7.鼓包气气体成分参考谱图 （点击查看大图） 5 热分析设备 在电池领域的应用简介 在电池组原材料领域， DSC设备可用来分析聚合物以及金属材料的各种相变过程以及相应吸放热量的大小（比如分析聚丙烯的玻璃化转变温度以及结晶熔融过程等）；STA同步热分析仪可以研究各种材料的热稳定性，确定热分解温度，定量测定复合材料的相对组成比例等。典型图谱如下图8和图9所示； 图8 电池原材料熔融和结晶过程评价 （点击查看大图） 图9 电池原材料热稳定性评价曲线 （点击查看大图） 电池组件由正极、负极和隔膜等各种组件构成，珀金埃尔默公司所提供的逸出气体联用装置可用于研究各组件在温度变化过程中产生各类逸出气体的定性定量数据。图10为典型的STA-FTIR联用测试曲线； 图10 电池组件逸出气体分析测试谱图 （点击查看大图） 在电池封装领域，可对组件封装材料——EVA（乙烯-醋酸乙烯共聚物）等材料的交联率进行快速测试，进而替代传统的溶剂测试法。典型测试谱图如图11所示； 图11 电池封装材料交联度预测曲线 （点击查看大图） 扫描左侧二维码 获取《珀金埃尔默锂电池检测总体解决方案》 关注我们

近几年全球各国对“清洁排放”的追求，使新能源汽车获得了高速的发展，由此带动了锂离子电池的飞速发展。2019年诺贝尔化学奖更是颁给从事锂离子电池研究的三位科学家——美国科学家约翰古迪纳夫、英裔美国科学家斯坦利惠廷厄姆与日本科学家吉野彰。 当前的动力锂离子电池包含多种关键性材料，无论是圆柱形、方形还是软包电池，其结构组成均与下图类似。其中正极材料无论是成本还是分析项目，都占有最高的比重。 根据材料的不同，可将锂离子电池分为钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、镍钴锰（三元）型等，目前商品化的动力锂电池主要以磷酸铁锂和三元为主。 本系列将从动力锂电池的正极、负极、隔离膜、电解液的检测以及电池电芯的失效分析等五个维度全面解析岛津的完整解决方案与特色的应用。 正极材料的完整解决方案 岛津具备多种表征及测试设备，可帮助正极材料企业及电池企业应对各种生产、质量控制及研发的测试需求。 特色应用1、 聚集体、异物的检测正极材料，无论是磷酸铁锂还是NCM、NCA等三元材料，在材料企业的生产过程中或者电池企业的使用过程中，不可避免地存在着聚集体或者外来的异物。这些异物的存在，对后续电池的性能、安全可能造成潜在的巨大危害。异物的检测有多种手段，但无论是电子显微镜还是X-Ray等其他的方式，都有着成本过高不能较好地适应环境多变的生产现场的缺点。 岛津在2019年推出的新产品——动态颗粒图像分析系统iSpect DIA-10，其使用和维护的成本低，仪器灵敏度高且操作简单便捷，同时又具备皮实耐用等特点，尤其适合产线上用于测试三元正极材料的聚集体、异物等分析。 2、 元素含量的检测及其分布的表征电子探针显微分析仪EPMA作为有效的分析工具，广泛应用于锂离子电池各种材料的研发、制造工序的质量管理、不良解析等方面。岛津的电子探针显微分析仪EPMA-8050G具备卓越的空间分辨率、高灵敏度及高分辨率等特点，特别是针对超轻质量数元素（可低至4Be）具有优秀的检出能力。这些突出的特点，收获了众多正极材料制造商的认可。以下的案例是使用EPMA-8050G表征正极截面活性物质、粘合剂、导电助剂及电解质的分布。 正极截面整体的元素面分析（Al：集流体；Mn+O：活性物质；F+P：电解质支撑盐；C+F：粘合剂；C：导电助剂）正极截面放大后活性物质的元素面分析 3、 颗粒物抗压能力与性能关系的评价当前的正极材料，无论是磷酸铁锂还是NCM/NCA等三元材料，主流的方法都是高温固相合成法，为了达到更佳的性能，一般来说正极材料都是具有多孔的结构。但孔隙率也是需要控制的，否则会造成材料结构过于疏松从而在充放电循环当中容易坍塌。 岛津独特的微小压缩试验机（MCT）可针对单个颗粒进行抗压和回弹能力学性能的测试。另外该仪器可选配电阻测量组件及温度控制系统，因此除获得粒子的力学性能之外，还可以同时获得颗粒的电阻-压缩率关系、温度-压缩率关系等丰富的信息。结合BET、SEM、激光粒度仪等手段，可使获得的正极材料颗粒物兼具更佳的性能和稳定性。

随着科技的日新月异，智能手机、清洁机器人、无人机、新能源汽车等已越来越多的走进人们的日常生活。作为能量与动力的重要载体 - 锂离子电池也在被越来越多的应用。锂离子电池的性能，直接决定了科技设备的续航时间、行驶里程、载荷能力和安全性等因素。锂离子电池主要由正极材料、负极材料、隔膜和电解液等四个主要部分组成，其中隔膜是核心关键材料之一，是制约电池安全性、循环寿命、电性能的关键组件。LLOYD材料力学试验机（LLOYD材料试验机）提供完整的锂电池隔膜力学性能测试，主要包括拉伸强度、延伸率、穿刺强度，剥离强度（涂层复合膜）等。同时LLOYD材料力学测试系统可以完成高精度的锂电池强制内短路测试，确保锂电池更加安全。锂离子电池隔膜拉伸测试LLOYD隔膜拉伸测试采用气动夹具夹紧，在避免操作人员往复手动操作夹紧的同时，极大的提高了测试速度；同时气动夹紧排出了人为夹持过松导致的打滑现象，进一步的提高了数据稳定性。脚踏式开关可解放出操作人员的双手，以更方便和轻松的放置试样。同时为满足不同人员的操作习惯，还可通过气动辅具上的手动开关进行闭合、松开操作，为用户提供极大的便利性。锂离子电池隔膜穿刺试验LLOYD气动穿刺治具是专门为提高电池隔膜穿刺试验效率和稳定性开发的一款气动辅具。该治具采用双杠升降，可定制前后隔膜入料或左右入料，符合人体工程学设计；同时入料方向可旋转，满足不同操作人员的使用习惯。试验人员放置好隔膜后，可通过脚踏开关（或手动开关）快速操作完成夹持，夹持完毕后，只需按手控盒的开始键即可开始试验，试验完毕后可快速安置好下一试验点，迅速完成5点或多点测试。锂离子电池涂层隔膜剥离试验以锂离子电池聚乙烯(PE)等隔膜为基体，在其表面均匀的涂覆厚度为１～２μｍ混有纳米氧化铝粉末及胶凝剂浆体，可以制成无机复合陶瓷涂层锂离子电池隔膜。陶瓷涂层隔膜可以有效的提高锂离子电池的热安全性，同时对电解液具有良好的润湿性及保液性能，可以有效的提高锂离子电池的容量保持性能。锂离子电池强制内短路测试从每年在世界各地发生的电池安全事故的失效初步分析来看，大部分是由于电池内部发生短路引起的。 自 2004 年日本某公司笔记本电池发生起火后，经详细调查，起火是由于电池在生产过程中内部混入了微小的金属颗粒，此颗粒在电池充放电、温度变化和外部撞击的过程中穿刺了正负极隔膜，从而导致内部发生了短路，进而引起热失控，以致发生起火。 但此类偶然混入无法完全避免， 所以我们对锂电池提出了新的测试要求，即： 电池即使有微小颗粒混入， 需要依然能够安全的使用， 而测试电池混入微小颗粒后表现的测试即为锂离子电池的强制内短路测试。

锂离子电池由于具备较高的性价比，自诞生之日起便以极快的速度抢占其他二次电池的市场份额，但是随着其应用范围的逐渐扩大以及单个电池的体积能量密度越来越高，容量越来越大，锂电池的安全性也越来越被人们所关注。为保障最终产品的质量，必须从锂电池的每个生产环节进行把控。珀金埃尔默特邀请广州能源检测研究院主任工程师，广东锂电关键新材料产业技术创新联盟专家技术委员会委员邵丹博士，并联合TESCAN公司，举办“锂电池检测专题网络研讨会”日程安排：日期：2019年6月28日时间题目主讲人14:00-14:40动力电池关键材料检测现状 邵丹博士广州能源检测研究院主任工程师14:40-15:30珀金埃尔默锂电行业解决方案陈观宇珀金埃尔默资深应用工程师15:30-16:00TESCAN产品在电池领域表征中的应用张芳TESCAN资深应用工程师详情介绍：讲座题目一：动力电池关键材料检测现状内容简介：围绕动力电池产业背景、动力电池关键材料检测标准以及全方位的测试评价动力电池及其关键材料的新技术等进行报告主讲人简介：邵丹，博士，广州能源检测研究院主任工程师，广东锂电关键新材料产业技术创新联盟专家技术委员会委员，主要从事化学储能材料及产品的相关技术研发、以及先进检测技术引进。讲座题目二：珀金埃尔默锂电行业解决方案内容简介：1．锂电池正极材料主量元素分析方法介绍2．锂电池负极材料掺杂元素分析方法介绍3．锂电池电解液分析方法介绍4．ICP-MS在锂电行业的应用优势主讲人简介：陈观宇，珀金埃尔默原子光谱资深应用工程师，从事原子光谱技术多年，是ICP及ICPMS的资深应用专家，在锂电关键材料的成分分析应用领域有着丰富的实践经验。讲座题目三：TESCAN产品在电池领域表征中的应用内容简介：1. 扫描电镜微分析平台在电池正极材料微观表征中的应用 -- 形貌（SEM），微量元素分布（EDS、TOF-SIMS）、晶体结构（EBSD、Raman）； 2. 扫描电镜微分析平台在电池负极材料微观表征中的应用 -- 形貌（SEM），微量元素分布（EDS、TOF-SIMS）、晶体结构（EBSD、Raman）； 3. 扫描电镜微分析平台在电池隔膜表面结构表征的应用； 4. X射线显微镜在电池三维无损分析中的应用。 主讲人简介：张芳，TESCAN（中国）资深应用工程师，专注于电镜及电镜联用分析技术解决方案。即刻扫码占座吧！关于珀金埃尔默：珀金埃尔默致力于为创建更健康的世界而持续创新。我们为诊断、生命科学、食品及应用市场推出独特的解决方案，助力科学家、研究人员和临床医生解决最棘手的科学和医疗难题。凭借深厚的市场了解和技术专长，我们助力客户更早地获得更准确的洞见。在全球，我们拥有12500名专业技术人员，服务于150多个国家，时刻专注于帮助客户打造更健康的家庭，改善人类生活质量。2018年，珀金埃尔默年营收达到约28亿美元，为标准普尔500指数中的一员，纽交所上市代号1-877-PKI-NYSE。了解更多有关珀金埃尔默的信息，请访问www.perkinelmer.com.cn

2019年6月28日，TESCAN联合珀金埃尔默公司，首度举办了“锂电池检测专题”网络研讨会，来自全国各地的155位专家和技术人员参加了本次网络研讨会，对锂电池的检测标准、分析手段、综合评估等做了深入的剖析和交流，大家在会上展开了热烈的讨论。珀金埃尔默的原子光谱资深应用工程师陈观宇老师介绍了锂电池正极材料主量元素、负极材料掺杂元素以及电解液的分析方法，例举多个实际案例对分析方案进行了详细说明、介绍了实践中要注意的操作要点，并通过实际的结果比对来进一步阐述Avio系列ICP产品主量元素0.1%超凡稳定性的独特优势，以及ICP-MS在杂质元素分析上的特点和方案。除此之外，陈观宇老师还形象地讲解了GC-MS、红外光谱、热重分析等多种类型检测方法在锂电行业的综合应用。图1 珀金埃尔默Avio系列等离子体光谱仪图2 珀金埃尔默Nexion系列等离子体光谱仪图3 珀金埃尔默气质联用仪检测浓度为100 μg/mL的11种碳酸酯色谱图图4 用于原材料检验的珀金埃尔默便携式高性能红外光谱仪及红外显微镜系统图5 珀金埃尔默热分析仪检测电池原材料的热稳定性评价曲线本次会议还特邀广州能源检测研究院主任工程师，广东锂电关键新材料产业技术创新联盟专家技术委员会委员邵丹博士，来会上对动力电池关键材料检测现状做了详细的分析和报告，报告密切围绕动力电池产业背景、动力电池关键材料检测标准以及全方位的测试评价动力电池及其关键材料的新技术，内容详实、引人入胜。TESCAN公司的资深应用工程师张芳女士介绍了新颖的以扫描电镜为平台组建的综合微分析系统在锂电池正负极材料以及隔膜材料微观表征中的应用，以及使用X射线显微镜完成电池的三维无损分析，实现从宏观到微观的整体观测。图6 正极材料的表面形貌图7 正极材料的截面图8 锂元素的检测图9 负极材料石墨化/非晶化分析图10 负极材料析锂分析图11 电池的内部结构的三维成像 本次网络专题讨论会是TESCAN公司和珀金埃尔默公司首度联手，从不同角度和使用不同的分析手段对锂电池检测进行系统、完整的分析和介绍，进而为广大的用户群提供综合有效的结果方案。珀金埃尔默公司和TESCAN公司都有各自擅长且独特的解决方案，此次携手合作，势必为多个领域的用户群体提供更多的前沿分析技术和专业的行业解决方案。

赛恩思仪器，深耕分析仪器行业，始终秉持提供创新、精准、可靠的仪器设备，以满足不同行业、不同领域的高标准测试需求。近日，赛恩思仪器为宁夏宝丰能源集团提供的一套双炉红外及一台高频红外碳硫仪已经顺利安装并调试完成，将为该集团的锂电池负极材料的检测工作提供有力的技术支持。赛恩思的碳硫仪能够精准地分析和测量样品中的碳和硫含量。这对于锂电池负极材料的质量控制极为关键，因为碳和硫的含量直接影响到电池的性能和寿命。与此同时，赛恩思的管式炉以其高的温度控制精度和均匀的加热特性，使得锂电池负极材料的热处理过程更加精准、有效。赛恩思仪器始终坚守“精益求精、追求卓越”的经营理念，以满足用户需求为己任。我们自豪地看到，我们的设备正在帮助宁夏宝丰能源集团实现其锂电池负极材料的优质生产，同时也在推动整个锂电池行业的技术进步。赛恩思仪器期待与更多的企事业单位合作，提供精准、可靠的分析检测仪器，为其研发和生产助力！

锂电池钴酸锂正极材料中的孪晶界引发的裂纹失效圆派科学内容简介钴酸锂是目前应用最为广泛锂离子电池正极材料之一，尤其是在便携设备和移动电子设备中的锂离子电池中，这得益于其优越的体积能量密度和稳定的循环性能。然而，其实际所用的能量密度仅占其理论能量密度的一半，仍然有很大的发展提升空间。提高能量密度最常用的办法是提升充电电压，利用更多的锂源，但这样做会迅速加快钴酸锂正极材料的失效，造成电池性能快速衰退，以及安全性问题。这其中的衰退机制繁多而且复杂，裂纹就是其中之一。本报告中，将介绍我们利用电子显微镜相关的分析技术，研究裂纹在钴酸锂正极材料中晶界处的形核和扩展机制，并探讨循环条件不同时，裂纹产生机制的相同和不同之处。为深入理解裂纹，这一普遍存在于层状正极材料中的失效机制，提供从原子尺度的理解认知，这一工作将有助于寻找合适的途径来抑制裂纹的产生。 2010年博士毕业于中科院金属研究所，2010-2013在日本NIMS从事博士后研究，2013-2017在美国太平洋西北国家实验室（PNNL）从事锂电池相关的透射电子显微学研究。于2017年10月加入北京工业大学固体微结构与性能研究所。研究领域是利用透射电子显微学研究锂（钠）离子电池材料的失效机理，基本结构和离子的传输机理。在相关领域发表SCI论文70余篇，包括9篇ESI高被引论文，论文总引用4000余次。以第一/通讯作者发表Nat. Mater., Nat. Energy, Nat. Nanotechnol., Nat. Commun.等在内学术论文20余篇。 直播内容概要 钴酸锂是成熟的第一代锂离子电池正极材料，是Goodenough于八十年代在剑桥大学发现，也正因此他获得了2019年诺贝尔化学奖。由于钴酸锂很好的电化学储能性能表现，主要是其体积能量密度，目前在小型储能移动设备被广泛应用，尤其是IT设备上，几乎是统治性的。研究钴酸锂，主要是提高其利用率，目前利用率还不到60%，研究目的是提高其理论容量到80-90%。钴酸锂的性能衰退机制有多种，主要是由于价态变化，成分改变和晶格畸变而引起的。本课题组主要从电子显微学来研究其失效机制。主要分两大类：体材料失效机制和界面失效机制。重点要提一下徕卡的三离子束切割设备，用这个设备，我们做到了很多用别的设备完成不了的工作，主要是EBSD看孪晶。我们发现用徕卡的氩离子束，加工面积特别大；通过与其它设备做对比，与FIB对比，通过EBSD观察，我们发现氩离子束对样品的损伤层确实比较好。如何实现对LiCoO2颗粒大面积、大数量的统计性观察？以确定孪晶界是否为普遍存在的缺陷结构我们想到了EBSD的方法，但EBSD需要样品非常平整，我们遇到了一个制样的难题，就是如何获得一个大量颗粒的平整样品？我们首先想到了FIB。但是FIB制样，最大的束流也只能切一个几十微米的区域。用FIB大束流高电压，有经验的人都知道FIB会产生很大的电荷累积效应。不能满足我们的要求，其一是它不能满足我们对数量的要求，其二它表面平整度不够，或表面损伤度太大，我们用EBSD分析，看不出来晶格取向。我们也用机械抛光的办法，做了半年时间，都没有成功。然后我们想到了氩离子束切割技术，偶然引进了徕卡，确实切出了不错的样品，切了五六个样品，目标达成。通过统计发现，在钴酸锂里面孪晶占比至少达到40%，孪晶含量或出现频率是非常高的。对高电压循环性能，孪晶会产生很大影响，这给钴酸锂材料学界产生了一个新的信息，因为之前大家认为钴酸锂是单晶，或没有意识到它是孪晶。如果不做成单晶，由于孪晶界的存在，它很容易造成高电压性能的衰退，这是我们对钴酸锂认识的提升。

作者：甘露雨 1,2 陈汝颂 1,2潘弘毅 1,2吴思远 1,2禹习谦 1,2 李泓 1,2第一作者：甘露雨（1996—），男，博士研究生，研究方向为锂离子电池安全性，E-mail：ganluyu@qq.com；通讯作者：禹习谦，研究员，研究方向为高比能锂电池关键材料、电池先进表征与失效分析，E-mail：xyu@iphy.ac.cn。单位： 1. 中国科学院物理研究所，北京 100190；2. 中国科学院大学材料科学与光电技术学院， 北京 100049DOI：10.19799/j.cnki.2095-4239.2022.0047摘 要 作为新一代电化学储能体系，锂离子电池在消费电子产品、交通动力系统、电网储能等领域具有重要的应用价值。然而，在锂离子电池的商业化进程中，安全性事故时有发生，影响了锂离子电池的大规模应用。本文从电池安全性的三个研究尺度：材料、电芯、系统，综述了与之对应的重要研究方法，其中每个尺度均包括基于物理样品的实验方法和基于计算机数学模型的模拟方法。本文介绍了这些方法的基本原理，通过典型案例展示了这些方法在安全性研究中的适用场景和作用，并探讨了实验和模拟方法之间的联系，着重介绍了材料热分析、材料加热过程中结构分析、电芯加速度量热分析、电芯安全性数值模拟等方法。基于对多尺度研究策略的系统综述，认为安全性研究需要在各个尺度联合同步开展。最后，展望了下一代锂电池，如固态电池、锂金属电池等，可能面临的电池安全性问题。这些新体系的安全性研究仍处于早期，其材料和验证型电芯的安全性研究是当前阶段值得关注的重要课题。关键词 锂离子电池；安全性；实验方法；数值模拟；固态电池；锂金属电池锂离子电池的研究始于1972年Armand等提出的摇椅式电池概念，商业化始于1991年SONY公司推出的钴酸锂电池，经历超过三十年的迭代升级，已经成熟应用于消费电子产品、电动工具等小容量电池市场，并在电动汽车、储能、通信、国防、航空航天等需要大容量储能设备的领域中展现出了巨大的应用价值。然而，自锂离子电池诞生开始，安全性便一直是限制其使用场景的重要问题。早在1987年，加拿大公司Moli Energy基于金属锂负极和MoS2正极推出了第一款商业化的金属锂电池，该款电池在1989年春末发生了多起爆炸事件，直接导致了公司破产，也促使行业转向发展更稳定地使用插层化合物作为负极的锂离子电池。如图1所示，锂离子电池进入消费电子领域后，多次出现了因电池火灾隐患而开展的大规模召回计划，2016年韩国三星公司的Note7手机在全球发生多起火灾和爆炸事故，除了引起全球性的召回计划外，“锂电池安全性”再次成为广受关注的社会话题。在电动交通领域，动力电池的安全性事故伴随着新能源汽车销售量的提升逐渐增加，据统计，中国在2021年有报道的电动车火灾、燃烧事故超过200起，电动汽车安全性成为消费者和电动车企最关心的问题之一。在储能领域，韩国在2017—2021年期间发生了超过30起储能电站事故，2021年4月16日北京大红门储能电站爆炸事故除导致整个电站烧毁外还造成2名消防员牺牲、1名员工失踪。随着锂离子电池的应用场景日益扩大，其安全性在工业界和学术界均引发了广泛的讨论和研究。图1 锂离子电池近年引起的安全事故在锂电池发展的早期阶段，产业界和学术界更关注锂电池发生安全性事故的本质原因，基于长期的认识积累，锂电池发生安全事故的本质可以总结为：电池在过充、过热、撞击、短路等异常使用条件下温度异常升高，引发内部一系列化学反应，引起电池胀气、冒烟、安全阀打开，同时这些反应会大量释放热量使整个电池温度进一步升高，最终各个化学反应剧烈发生，电池温度不可控地迅速上升，引起燃烧或爆炸，导致严重的安全事故，这一过程也被称为电池的“热失控”。电池从异常升温到热失控过程中存在多个重要的化学反应，它们与温度的对应关系如图2所示。图2 锂离子电池热失控的诱发机制随着锂离子电池的广泛应用，关于锂离子电池安全性的研究逐渐深入，从早期简单的描述现象和定性预测，发展为在多个尺度、采用多种手段研究安全性机理，基于精准测量和数值化模型准确预测电池安全性表现，最终提出应用化解决方案的综合性研究策略。如图3所示，目前对于电池安全性的研究一般从理解锂离子电池电芯的热行为出发，包括利用各类滥用条件测试确定电池的安全使用极限和失效表现，利用绝热量热等手段具体分析电池的热失控行为和特征温度，以及利用热失控数值模拟方法模拟电池的热失控表现；在认识电芯热行为的基础上，需要深入材料本质，利用热分析、物质结构和化学成分分析、理论计算等方法理解电芯发生热失控在材料层面的反应机制，从而为设计制造高安全性的电池提供基础理论的指导；此外，电芯作为电池系统的基础，其热失控行为的精准测量和准确模拟也为在系统层面设计更高安全性的电池系统和管理预警方案提供了理论指导。本文从材料热稳定性、电芯热安全性和大型电池系统热安全性三个尺度介绍安全性研究策略，着重介绍几种实验和模拟方法。基于商用体系锂离子电池的研究策略和成果，进一步探讨了这些方法对于产学研各界研发下一代锂电池所具有的重要意义。图3 锂离子电池安全性研究策略1 材料热稳定性研究锂离子电池发生热失控的根本原因是电池中的材料在特定条件下不稳定，从而发生不可控的放热反应。目前商业化使用的电池材料中，与安全性关系最密切的主要是充电态(脱锂态)过渡金属氧化物正极、充电态(嵌锂态)石墨负极、碳酸酯类电解液和隔膜，其中前三者在高温下均不稳定且会发生相互作用，在短时间内释放大量的热量，而现行常用的聚合物隔膜则会在140～150 ℃熔融皱缩，导致电池中的正负极直接接触，以内短路的形式快速放热。研究人员自20世纪末开始进行了大量材料热稳定性的研究工作，发展了以热分析认识材料热行为，结合形貌、结构、元素成分和价态表征综合研究内在机理的研究方法。近年来计算材料学的发展也为从原子尺度模拟预测材料的稳定性提供了新的方法和手段。1.1 热分析方法热分析是最直接和直观认识材料热行为的方法，指在一定程序控温(和一定气氛)下，测量物质的某种物理性质与温度或时间关系的一类技术。对于电池材料来说，一般关注其质量、成分、吸放热行为随温度的变化关系。质量与温度的关系可通过热重分析获得，吸放热与温度的关系可通过差示扫描量热法获得，TG和DSC可以设计在同一台仪器中同步测试，该种方法又被称为同步热分析。TG、DSC、STA等仪器通常采用线性升温程序，通过热天平、热流传感器等记录样品的质量、吸放热变化，由于发展时间较早，测试技术和设备工程化水平较为成熟，已成为认识材料稳定性最重要的测试手段之一。基于热分析结果可以确定材料发生相变、分解或化学反应的起始温度、反应量和放热量，但在锂离子电池中，往往更关心充电态材料在电解液环境下的稳定性和反应热。良好的热稳定性是电池材料进入应用的必要条件，而产热量和产热速度则影响电池热失控的剧烈程度。用于常规热分析样品的坩埚一般为敞口氧化铝材质或开孔的铝金属材质，为了研究材料在易挥发电解液中的热表现，需要使用自制或设备厂商专门提供的密封容器。Maleki等通过STA系统研究了钴酸锂/石墨圆柱电池中各种材料的热分解行为，由于电解液采用高沸点的EC溶剂，所以仅在敞口容器中便可以测试，研究发现全电池截止电压4.15 V时，脱锂态钴酸锂在178 ℃发生分解，产生的氧气和电解液反应释放大量热量，释放的能量达到407 J/g，嵌锂态负极的SEI会优先分解，温度在125 ℃之前，之后会出现持续的放热反应，释放能量为697 J/g，而当负极发生析锂后释放能量会上升到827 J/g，这一结论有力支持了近年来析锂电池安全性下降的报道。Yamada等利用DSC确认了充电态磷酸铁锂(LiFePO4)的稳定性很好，与电解液的反应温度大于250 ℃，放热量仅为147 J/g，显著低于层状氧化物材料。Noh等利用密封容器系统研究了不同Ni含量的三元正极材料Li(NixCoyMnz)O2，比较热分析结果发现脱锂态三元材料的热稳定性与Ni含量呈现负相关性，且在x0.6之后加速下降。材料经过改性后，其稳定性需要通过热分析进行确认，研究人员基于DSC发现核壳浓度、包覆等方法均能不同程度地提高正极材料的热稳定性。需要注意的是，热分析的数据质量与实验条件、样品制备方法密切相关，目前并没有严格一致的测试规范，文献中不同单位之间的测试结果横向对比性很差，很多电池材料的热稳定性尚缺乏准确定量的结论。除了DSC、TG外，还有一类特殊的热分析方法是利用加速度量热仪研究反应的起始温度。与常规热分析采用线性升温不同，ARC使用的升温程序是加热-等待-检索模式，即步进式地在每个温度点保持恒温，如果检索程序发现样品的升温速率超过0.02 K/min，则通过同步样品的升温速率保持样品处于绝热状态，从而跟踪样品的自加热升温过程，否则开始加热至下一个温度点进行恒温、检索。不难发现，ARC获取的是样品近似热力学上的失稳温度，由于检测精度高，获得的失稳温度往往比DSC、TG等方法获得的低很多。Dahn课题组基于ARC测试了大量材料-电解液体系的反应起始温度，基本均低于DSC数据中的放热主峰。事实上，Wang等在低升温速率的DSC测试中也发现充电态材料与电解液的放热起始点远早于剧烈的放热峰。这些信息表明材料失稳到完全失控的过程并不是突变式的，整个体系动态演变的过程仍然缺乏深入的研究认识。图4 (a) DSC基本原理；(b) 脱锂态正极-电解液的DSC测试结果1.2 物相分析技术电池材料在升温过程中发生相变和化学反应，其形貌、结构、成分和元素价态都有可能发生变化，这些变化需要基于对应的方法进行表征分析，如利用扫描电子显微镜观察材料热分解前后的形貌变化，利用X射线衍射和光谱学研究材料结构和元素价态演变。由于材料热分解和热反应存在显著的动力学效应，在加热过程中原位测试可以最大程度地还原物相变化的真实过程。目前较为成熟的原位表征技术主要有两类：一类是与热分析仪器串联使用的质谱、红外光谱等，可以实时监测物质分解产生的气体类型，判断材料加热过程中化学组成的变化；另一类是原位X射线衍射技术，通过特制的样品台，可以在升温过程中实时、原位测定材料的结构变化，目前全球多数同步辐射光源和一些实验室级的X射线衍射仪上都可以实现原位变温XRD测试。Nam等利用变温XRD发现脱锂态LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2结构在350 ℃向尖晶石转变，而加入电解液后该转变温度会下降至304 ℃。Yoon等在LiNi0.8Co0.2O2中发现了类似的规律，并发现MgO包覆可以改善脱锂态正极在电解液中的相变。图5展示了变温XRD和MS的联用技术，系统研究了不同Ni含量的脱锂态NCM三元正极在升温过程中的结构和成分变化，研究发现三元正极失稳释放氧气的过程与结构在高温下转化为尖晶石相的行为直接对应，且这一过程的起始温度随镍含量的上升显著下降，NCM523的起始相变温度约为240 ℃，NCM811则小于150 ℃，从体相结构的本征变化解释了高镍正极在电池应用中热安全性差的原因。以上工作都是基于同步辐射光源实现的，由于同步辐射提供的光源质量高、扫谱速度快，更适用于研究与时间相关的动力学问题。除此之外，近年来基于X射线谱学以及拉曼光谱实现同步表征的方法均有所发展。结合通过热分析手段观察得到的材料热行为信息，并对升温过程中材料物相变化的研究，可以更深刻地理解材料演变以及电池体系热失稳的动力学过程，为材料的安全性改良提供理论指导。图5 基于原位XRD和质谱对镍钴锰酸锂结构稳定性的研究1.3 计算材料学基于材料原子结构计算预测材料的全部性质是计算材料学家的终极追求。材料的热力学稳定性可以基于密度泛函理论计算。DFT中判断材料稳定性的依据是反应前后的能量差ΔE是否小于0，如果ΔE小于0，反应能发生，则反应物不稳定，反之同理。Ceder等在1998年就计算了LiCoO2脱锂过程结构相变的过程，计算结果与实验结果吻合良好。然而目前大多数热力学计算不考虑温度效应，且热力学只能作为反应进行方向的判据，无法预测反应速率等动力学问题，考虑温度和动力学计算则需要使用成本较高的分子动力学、蒙特卡洛或者过渡态搜索方法。相对于材料本身的稳定性，计算材料学对于计算预测两种材料间的界面稳定性存在一定优势。Ceder等计算了不同正极和固态电解质之间的稳定性，为选取界面包覆的材料提供理论指导。Cheng等利用AIMD模拟Li6PS5Cl|Li界面，发现界面副反应会持续发生，材料界面之间的副反应是自发发生的，与通常认为的界面钝化效应有所差异。此外，正极材料中的相变析氧、过渡金属迁移等问题的计算模拟也都处于初期开发阶段，仍需持续探索。总的来说，目前阶段材料层级的理论模拟技术与实验技术的差距仍然较远，需要研究人员的持续努力。2 电芯热安全性研究电芯指电池单体，是将化学能与电能进行相互转换的基本单元装置，通常包括电极、隔膜、电解质、外壳和端子。电芯的热安全性特征是电池工业界最关注的内容之一，它是电池材料热稳定性的集中表现，也是制定规模化电池系统安全预警和防护策略的基础。由于电芯内部具有一定的结构，其安全性会呈现一些在纯材料研究中不被讨论的特点，使得电芯安全性具有更广泛的外延和认识角度。工业上一般通过滥用实验来研究和验证电芯产品的安全性，近年来基于扩展体积加速度量热仪(又称EV-ARC)的安全性测试方法有较快发展，此外电芯安全性模拟方法也从早期的定性分析发展到可以准确仿真预测热失控进展的水平。2.1 滥用测试国际电工委员会(IEC)、保险商实验室(UL)和日本蓄电池协会(JSBA)最初定义了消费电子产品电芯的滥用测试，模拟电芯工作可能遇到的极端条件，通常分为热滥用、电滥用和机械滥用。常见的热滥用为热箱实验，电滥用包括过充电和外部短路实验，机械滥用包括针刺、挤压、冲击和振动等。企业和行业标准一般将电池对滥用测试的响应描述为无变化、泄漏、燃烧、爆炸等，也可基于附加的传感器和检测系统记录温度、气体、电压对滥用的响应。电芯通过滥用测试的标准是不燃烧、不爆炸。锂电池应用早期研究人员大量研究了电池对各类滥用测试的响应与使用条件、材料体系、充电电量等的影响，提出了各类滥用机制引发电池热失控的机理。滥用测试中最难通过的项目是针刺测试，近年来关于针刺测试的存废引起了较大争议，但提高电芯的针刺通过率仍是锂电池安全性研究的重要课题之一。由于滥用测试针对的是商用成品电芯和贴近真实的使用条件，目前更多作为电池行业的安全测试标准而非研究手段。2.2 EV-ARC测试早期的ARC只适用于研究少量材料样品的热失控行为，Feng等发展了利用EV-ARC研究大体积电芯绝热热失控行为的方法，研究的方法原理和结论如图6所示，由于EV-ARC的加热腔更大，所以需要更精准的控温技术和更严格的校准方案。基于EV-ARC测试可以定量标定出电芯热失控的特征温度T1、T2和T3，分别对应电芯自放热起始温度、电芯热失控起始温度和电芯最高温度，为评价电芯安全性提供了更精确定量的评价指标，标准化的测试条件可以帮助建立统一可靠的电芯热失控行为数据库，分析了不同体系电芯的热失控机理。Feng等利用EV-ARC首次提出正负极之间的化学串扰会引起电芯在不发生大规模内短路的情况下热失控，说明脱锂正极释氧是现阶段影响电芯安全性的关键因素。Li等研究快充后的电芯发现快充析锂导致T1大幅下降，说明析锂同样是电芯安全监测中需要重点关注的问题。以上这些问题都是在常规的滥用测试中难以定量验证的。图6 基于EV-ARC对电芯热失控的研究相比于普通的加热滥用实验，EV-ARC实验环境的温度由程序精确控制，获得的测试结果重复性更好、数据可解读性更高，近年来已成为评价和研究电芯安全性的重要手段。然而EV-ARC模拟的绝热热失控环境与真实的电池滥用工况仍有所差异，评价电芯的实际安全性仍需大量模拟真实严苛工况的测试手段。2.3 高速成像技术为了更直观地理解热失控过程中电池内部物质、结构的演化，研究人员发展了结合红外测温以及原位针刺等辅助功能的透射X射线显微方法如图7(a)～(c)所示。由于热失控往往是在极短的时间内发生剧烈的反应，同时伴随剧烈的物相、结构变化。这一特点给TXM表征方法提出了相当高的时间分辨率的要求。实验室X光源能够发射出的X射线光电子数量有限，采集一组TXM影像数据需要较长的时间。为了观察剧烈变化的热失控过程，Finegan等在欧洲同步辐射实验室(ESRF)使用同步辐射光源将TXM的曝光时间降低至44 μs，配合针内预埋的热电偶温度传感器，实现了对针刺发生时电池内部形貌与刺入点温度的同步监控。该团队利用这种手段研究了刺针纵向与径向刺入18650商业圆柱电池时电池内部热失控行为的差异。Yokoshima等采用实验室光源进行连续实时的透射X射线照相技术，也得到了软包电池在针刺过程中结构随时间变化的一组透射投影图。该方法以4 ms的时间分辨率较为清晰地观察到了针刺入软包电池后电池内部每一层材料的形变过程，以及针刺深度与热失控程度的对应关系。图7 基于X射线成像技术对电芯热失控的研究由于透射投影图只能反映某一方向上二维的信息，如果要对真实三维空间中物质的分布做精确地定量，需要借助计算机成像技术。如图7(d)所示，Finegan等利用同步辐射光源X射线高亮度的特征，在欧洲同步辐射装置(ESRF)的线站上搭建了一套集合原位红外加热、红外测温与高速CT的装置。使用红外加热，实现在线的18650电池升温，同时进行连续的X射线CT成像。连续扫描的TXM投影图能够反映极高时间分辨率的热失控电池内部情形。基于每500张TXM重构得到1个X射线CT结果能够达到2.5帧每秒，实现了一定时间分辨率的电池内部空间分布成像。通过CT结果能够清晰地看到热失控过程中各个阶段的电池材料变化，如电极活性物质层破损、铜集流体融化再团聚等。结合TXM技术获得的投影图和高速X射线CT结果，可以清晰认识热失控过程中电池内部不同位置各个材料的反应、产气、结构破坏等失效行为。另一方面，配合诸如针刺、红外加热、挤压、拉伸等原位实验，可以帮助研究与理解电池的各类宏观失效行为。2.4 电芯热失控数值模拟电芯安全测试的维度广、涉及的测试项目多，通过实验评价电芯安全性需要大量样品和时间成本。同时，产品级电芯的研发周期长、成本高，安全性评估往往处于电芯研发周期的后端。通过数值模拟方法预测电芯安全性测试表现可以大幅度降低实验成本，且在产品研发的前期便对体系的安全性做出判断，大大提高研发效率。电芯热失控数值模型的核心是准确描述电芯热失控过程中的化学反应及吸放热量，从而基于能量守恒模拟电池温度在不同条件下的动态变化。化学反应的吸放热一般通过Arrhenius公式描述 (1)式中，图片指反应的产热量；图片为反应物的质量；图片为反应单位质量的吸放热；α为反应的归一化反应量；图片为机理函数；图片为反应的指前因子；图片为反应活化能。通过热分析实验可以测定求解以上参数，这也是热分析动力学的基本问题。电芯升温过程中内部会发生多个反应，它们对电芯升温的贡献可以看作线性叠加，通过准确描述所有反应即能较为精准地预测电芯在不同条件下的温度变化行为 (2)上述方程中，图片为电芯密度；图片为等压比热容；图片、图片、图片为电芯中沿各个方向的热导率；图片为对所有化学反应的产热速率求和；图片为电池与环境换热所引起的能量变化。预测温度变化需要求解二阶含时偏微分方程，如果认为电池中的反应和空间无关，电芯温度均匀上升且电芯体系与外界无热交换，也可简化为一阶微分方程 (3)基于该理论，Hatchard等将电池中主要的化学反应总结为SEI分解、负极-电解液反应、正极-电解液反应、电解液分解反应，计算了方形和圆柱电芯在热箱中的热行为。Spotnitz等总结了早期文献中的反应动力学参数，并基于均一电芯模型系统预测了不同材料体系的电芯在各类滥用测试中的表现。通过理论模拟，可以仅基于少量小规模实验数据对实际电芯的安全性表现进行系统预测。Feng等、Ren等基于热分析动力学和非线性优化算法重新标定了电池中关键反应的动力学参数并进行了更准确的热失控模拟，他们的模型利用DSC测试获得的参数准确预测了电池在ARC中的热失控表现，可以进一步用于预测热箱、短路等条件下的安全性。需要指出的是，不同材料体系、配方和工艺的电芯中涉及的反应机制和动力学可能存在差异，如近年来电芯内短路、正极-电解液反应和正负极化学串扰三者是否均在热失控过程中主导发生的问题引起了广泛争论，安全性的数学模拟并非空中楼阁，而是建立在具体实验和对电池内部化学反应深刻理解的基础上。由于算力的限制，早期的安全性仿真工作大多不考虑温度空间分布或只计算一维分布，而空间分布在大容量电池和真实工况中是不可忽略的，Kim等、Guo等较早提出了描述热失控温度分布的三维电池模型。近年来数值计算方法的发展和商业计算软件的成熟大幅降低了安全性模拟仿真的难度，Feng等利用商业化的有限元计算软件Comsol Multiphysics建立了大容量三元方形锂离子电芯的热失控仿真模型，可以模拟电芯在短路状态下热失控过程和温度的分布，与实测有较好地拟合结果。除了电芯的热行为，电滥用和力学失效对安全性也存在一定的影响，目前，通过构建电-热耦合模型研究电池非等温电化学性能和短路热失效表现的方法目前已较成熟[59-60]，而力学失效如碰撞、针刺等引起热失控的数值模型仍需要持续地开发。3 系统热安全性研究电池系统的安全性是目前锂电池应用面临的最直接问题，其研究重点是系统中热失控的扩展规律与抑制、预警措施。目前商品化电芯的热失控无法完全避免，在系统层面防止热失控扩展是可能的安全性解决方案。在系统层级开展实验研究的成本较高，但难以避免，在模拟仿真的辅助下可以提前预测优化系统设计，降低实验成本。3.1 热失控扩展和火灾危险性测试电池系统热扩展的实验研究成本和危险性较高，主要方法是通过加热、过充、针刺等方式诱发电芯单体的热失控，并利用接触式热电耦、红外测温等手段研究温度在系统中的分布和变化，这种方式只能获得局部多点的热失控信息。Wang团队在国内首次开发了全尺寸锂离子电池火灾危险性测试平台，用来测量大尺寸动力电池及电池组的燃烧特性，除了可以获得电池温度变化外，还可以获得电池组失控过程中的质量变化、火焰温度等信息，同时基于锥形火焰量热等技术可以测定大型电池系统宏观燃烧所释放的能量。与电芯EV-ARC等方法获得的信息不同，在真实环境下实验得到的电池系统燃烧行为往往更加复杂，包含多个加速失重和喷射火焰的阶段。通过以上测试可以在实用层面评价大型电池组的安全性和失控风险，为安全性改良、预警、消防和灾害处置提供重要信息。3.2 灾害气体研究和预警方案设计电池实际使用和安全失效的过程中，气体的成分与生成规律是重要的研究课题，与电池热失控早期预警、爆炸、火灾蔓延等表现密切相关。从材料本质上看，电池中的有机电解液在高温下气化、活性组分高温副反应均会释放气体，加热条件下产生的混合气体可以通过气相色谱-质谱联用技术、傅里叶变换红外光谱等手段分析成分。目前这些气体检测技术已较为成熟，但在安全性研究过程中，气体的收集和定量仍需要特制的容器或取样器辅助实现。一般来说，电池热失效气体组分中除了惰性的CO2外还包括大量未完全反应的电解液溶剂、CO、H2和有机小分子，兼具可燃性和生物毒性，Ahmed等发现可燃气体的释放是加剧锂电池系统热失控扩散、诱发大规模火灾事故的重要原因。由于气体的扩散速度快，检测手段较成熟，气体监测有望成为电池系统安全预警的关键手段，Cui等利用同位素标记-质谱技术发现充电态电池在加热失控的早期负极的SEI分解会产生H2，促进电池的热失控。Jin等发展了一种通过小型MS监测H2实现模组过充热失控早期预警的手段，在8.8 kWh的磷酸铁锂-石墨电池包中进行了实验验证，发现可以在产生烟雾的10分钟之前发出安全预警。3.3 系统安全性模拟仿真相对于实验研究，模拟仿真消耗的实物资源少，在系统安全性研究中更具优势。系统热安全模拟一般建立在完备准确的电芯热失控数值模型的基础上，在由多个电芯单体构成的复杂电池系统中，每个单体内部温度均独立地遵循前文所述的电芯热失控模型，电芯之间交换热量通过热传导、对流和辐射形式进行，可以分别通过相应的公式进行描述，电芯热失控产热方程和传热方程共同构成了描述整个系统空间的温度场的数学模型。通过求解建立的数学模型，研究人员和工程师可以研究系统大小、空间布局、热管理模式等对电池系统稳定性、安全极限温度、热失控扩散表现等的影响。由于电池系统的结构往往较复杂，系统热安全模型往往需要在成熟的商业模拟仿真软件中进行，常用的软件平台有Comsol Multiphysics、ANSYS、Siemens Star-ccm+等。Feng等利用Comsol Multiphysics构建了由6个标准方形电芯组成的小型模组的热失控规律，研究了不同参数对热失控扩展的影响，提出了4 种抑制热失控扩展的方案，并对增加隔热层的方案进行了实验验证。Zhai等提出了18650锂离子电池模组热失控传播的多米诺预测模型，在Matlab中构建了较为简化的二维模型，预测模组中热失控传播的路径和概率，解释了模组中不同热失控初始位置对热失控传播行为的影响。目前学术界关于大型电池系统热安全性的研究仍然较少，作为一个工业界和学术界共同关心的问题，系统层级的安全性研究需要产学研的深入合作。4 下一代锂电池的安全性研究电池安全的预防、预警、预测依赖对从系统到电芯再到材料热失控构效关系的深刻理解。纵观近年来引起广泛关注的锂电池起火事件，大部分发生在新技术和新材料的初步应用阶段，如近几年多起采用高镍三元电池的电动汽车起火事件，而当大量事故引起广泛关注后，关于该电池体系的安全性研究才随之增多，电池安全研究于电池电化学性能研究的滞后性是电池安全研究中的一个鲜明特点。为了满足电动化浪潮带来的高安全、高能量密度要求，人们期望在锂离子电池中采用不可燃电解质或固态电解质，以彻底解决电池的安全性问题同时达到高能量密度。然而，电池安全性不仅与电池内部材料本身的热稳定性相关，还与材料之间的相互作用、电池内部的复杂环境息息相关。近期中国科学院物理研究所Chen等的工作显示，即使是采用了具有高热稳定性的固态电解质，在与金属锂接触的情况下，高温依然会发生热失控，且金属锂会受到温度的驱动，向固态电解质内部生长，进一步降低热失控的临界温度。清华大学Hou等报道了采用不可燃新型电解液的电池，由于锂盐和嵌锂态负极的剧烈反应，电池在高温下依然会发生热失控。这些结果说明，单维度提升锂电池安全性的设想往往是片面的，新体系的引入很有可能导致电池热失控反应链条的重构，从而使原本的安全预防预警措施不再生效，也很可能是新型锂电池体系容易出现安全事故的深层次原因之一。综上所述，为了在发展高能量密度电池的同时保证电池的安全性，研究者们需要在优化电芯电化学性能的同时，尽快同步地开展前瞻性电池安全性验证和研究。只有清晰全面地认识电池热失效机制和各个维度安全性的影响因素，才能在应用阶段做好电池的有效安全预防。图8给出了电池领域新材料和新技术从基础研究到规模量产的技术成熟周期。可以看出，一个新型技术的大规模应用需要投入巨额的人力物力，花费数十年的时间，才能真正实现量产。然而，电池的安全性验证却往往在电池接近量产的阶段才展开，且往往以通过电池安全测试标准为目的，无法系统深入地了解电池在全生命周期、实际复杂工况下的安全行为和内在机理，为日后的安全事故埋下隐患。对于早期的电池体系，由于能量密度不高，安全性问题并不突出，而最新的锂离子电池电芯能量密度已经可以达到300 Wh/kg以上，产学界广泛关注的锂电池新技术和新体系能量密度更高。这些具有高能量密度特性的新技术和新体系面临着更为严峻的安全性挑战，因此，将电池的安全性研究和验证步骤尽可能提前，在基本确定电芯结构后尽可能早地开展电池安全测试与机理研究工作，才有望在真实量产阶段前期就做好准备，摸清其安全性特征与行为，设计好对应的防护、预警措施。图8 电池领域新技术的成熟周期与高能量密度新体系的安全性研究目前，下一代化学储能电池的材料体系尚未有定论，可能用于新一代锂离子电池的新材料包括富锂材料、无锂高容量正极材料、硅基负极材料、锂金属负极材料、固态电解质等，如果考虑使用锂金属负极，锂电池概念的外延还可进一步扩展。然而从学术报道来看，与新材料热行为和新体系实用安全性相关的内容却鲜有报道，目前对绝大部分新型锂电池体系的安全性认知尚处于未知或初期阶段。本文所综述的研究方法既可以用于研究现有商业化锂离子电池的安全性，也可以从材料层级提前理解新型锂电池材料体系的热稳定性，并基于模拟仿真方法预测其电芯和系统的安全性，这对选定下一代锂电池的技术路线，保障高能量密度锂电池新技术平稳落地，具有重要指导意义。

随着科技的日新月异，智能手机、清洁机器人、无人机、新能源汽车等已越来越多的走进人们的日常生活。作为能量与动力的重要载体 - 锂离子电池也在被越来越多的应用。锂离子电池的性能，直接决定了科技设备的续航时间、行驶里程、载荷能力和安全性等因素。锂离子电池主要由正极材料、负极材料、隔膜和电解液等四个主要部分组成，其中隔膜是核心关键材料之一，是制约电池安全性、循环寿命、电性能的关键组件。其中隔膜是核心关键材料之一，是制约电池安全性、循环寿命、电性能的关键组件。隔膜的性能决定了电池的界面结构、内阻等，直接影响电池的容量、循环以及安全性能等特性，性能优异的隔膜对提高电池的综合性能具有重要的作用。LLOYD材料力学试验机提供完整的锂电池隔膜力学性能测试，主要包括隔膜拉伸强度、延伸率、穿刺强度，剥离强度（涂层复合膜）等。同时LLOYD材料力学测试系统（Lloyd材料试验机）可以完成高精度的锂电池强制内短路测试，确保锂电池更加安全。今天我们首先来介绍阿美特克锂电池材料试验解决方案第一讲——锂电池隔膜拉伸测试。锂电池隔膜拉伸测试隔膜的主要作用是分隔电池的正、负极材料，防止两极接触而短路，同时还能使电解质离子通过其中。在厚度尽可能薄的前提下，需保证具有一定的物理力学强度，以满足隔膜在生产和使用过程中的种种环境。因电池生产工艺中，隔膜需要与正负极材料一同卷曲以形成我们常见的圆柱体或软包电池，足够的拉伸强度可保证隔膜在卷曲过程中不发生破裂，顺利成型。LLOYD隔膜拉伸测试采用气动夹具夹紧，在避免操作人员往复手动操作夹紧的同时，极大的提高了测试速度；同时气动夹紧排出了人为夹持过松导致的打滑现象，进一步的提高了数据稳定性。脚踏式开关可解放出操作人员的双手，以更方便和轻松的放置试样。同时为满足不同人员的操作习惯，还可通过气动辅具上的手动开关进行闭合、松开操作，为用户提供极大的便利性。拉伸试验可测定材料的一系列强度指标和塑性指标、弹性极限、伸长率、弹性模量、比例极限、面积缩减量、拉伸强度、屈服点、屈服强度和其它拉伸性能指标等。LLOYD 具有多种测试行程的主机可满足多类型隔膜的拉伸试验，同时还有单柱1400mm行程的机型可选，充分满足定制化需求的同时兼顾经济性。LLOYD材料力学试验机（Lloyd材料试验机）LLOYD（劳埃德）测试系统源自英国，是美国AMETEK（阿美特克）集团旗下产品。LLOYD材料试验系统专注于轻工检测，以读数级精度，高达8000Hz的单通道数据采样率，最高2032mm/min的测试速度广泛应用于世界500强企业中。LLOYD材料测试系统可准确、便捷的完成材料拉伸，压缩，弯曲，穿刺，剥离，撕裂，摩擦，蠕变，松弛，低频疲劳等多种测试项目。丰富的治具方案可在保证数据准确性的同时为用户提供极大的操作便利性。同时，作为测控系统的核心，专业的Nexygen Plus 操作软件广受广大用户的认可。软件自带庞大的国际标准库，除了ASTM, DIN, EN, ISO, JIS等国际标准，用户也可便捷的自建标准文件。

近期，江西一位老客户再次购买上海禾工AKF-BT2015C锂电池专用水分测定仪，该公司主要研发、生产、销售锂电池正负极材料、电解液、隔膜纸等；是一家大型新能源汽车电池、模块及系统开发的高科技企业。 2016年的2月禾工与江西这位锂电池客户结缘，他们当时购买了一套禾工AKF-BT2015C锂电池专用水分测定仪用于公司锂电池原料的生产线上，在使用5个月的时间，仪器运行状态良好，检测精度高，稳定可靠，故障低，操作极为简便等优势得到了用户的肯定。 因公司业务发展需要，在2016年上半年首次购买我们AKF-BT2015C锂电池专用水分测定仪之后至今年3月份总共购买仪器五台，老客户是我公司及其重要的经营资源，能够吸引到老客户的只能是高性价比的产品质量和及时到位的售后服务。 AKF-BT2015C作为一台国内第一台带有卡式加热炉的卡尔费休水分测定仪，至2016年8月低，短短两年内，AKF-BT2015C锂电池水分测定仪在锂电新能源行业创造了累计销售数量过百！客户二次购买率超过60%！锂电市场占有率40%，国产设备占有率100%的非凡销售业绩。完全可替代进口仪器设备。 AKF-BT2015C水分仪能够广泛的应用在锂离子动力电池行业正负极材料及其原材料，电解液等，包括磷酸铁锂材料、磷酸铁、钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、三元材料，负极膜片，石墨粉等，同时适用其他不溶解固体材料的测量。 相信在今后，禾工AKF-BT2015C水分仪会应用到更多的锂电池研发、生产单位。

近日发生了一件与锂电池有关的惨烈事故：在成都一小区的电梯里，一辆电动车的锂电池起火爆炸！由于电梯空间狭小，温度瞬间飙升，这如同人间炼狱一般的场面，造成包括一名婴儿在内的多人受伤，让人心有余悸。近年来，锂电池以其高比能量、较高的工作电压、体积小、重量轻等优点已成为移动通讯、笔记本电脑等便携式电子产品的主要电源之一。但很多人不知道的是，锂电池这样一个稀松平常、在生活中常见的物品，爆后炸会产生很大的威力，并且，随着电芯所储存的能量越高，其爆炸威力也越大。央视曾经报道过，用电动车做短路起火测试，结果惊人：小小的电动车仅需3分钟可以烧到上千度，一旦爆炸将会严重影响人身安全！因此，研究锂离子电池的爆炸机理对提高锂离子电池的安全性有重要的意义。电动车锂电池为什么会爆炸？让我们先来了解下锂电池的工作原理。锂离子电池以碳素材料为负极，以含锂的化合物为正极（根据正极化合物不同，常见的锂离子电池有钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、三元锂等）。中间有一层隔膜，避免正负极短路。在充放电过程中，Li+在正负极间往返：充电时，锂离子从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极；放电时则相反。在锂离子的嵌入与脱嵌过程中，同时伴随着等当量的电子的嵌入和脱嵌，也就产生了电流。了解了锂电池的工作原理，也就能知道锂离子电池会爆炸的原因了，主要分为以下两点：1、过充导致放出的锂过多，负极部位容量不足，充电时产生的锂就无法插入负极石墨的间层结构中，会在负极表面形成金属锂。时间一久，这些锂原子会由负极表面往锂离子来的方向长出树枝状结晶。这些锂金属结晶会穿过隔膜纸，使正负极短路。有时在短路发生前电池就先爆炸，这是因为在过充过程，电解液等材料会裂解产生气体，使得电池外壳或压力阀鼓胀破裂，让氧气进去与堆积在负极表面的锂原子反应，进而爆炸。2、充放电时，电流的限制也很有必要。电流过大时，锂离子来不及进入间层结构中，也会汇集在负极材料表面。这些锂离子获得电子后，会在材料表面产生锂原子结晶，这与过充一样，会造成危险性。从上面可以看出锂电池燃烧爆炸的根本原因还是由于材料导致的。想要减少锂电池的燃烧或爆炸，普通用户除了在日常使用中注意减少撞击、高温接触等保护措施以外，电池厂家也应该注重电池的生产质量管理，提高锂电池的品质也可以减少事故的发生。利用扫描电镜可对锂电池的原材料及制作工艺进行检测扫描电镜可以用于观测锂电池的原材料表面形貌及微观结构，包括正极、负极、隔膜等材料，也可用于观测浆料活性物质、导电剂、粘接剂分散情况，以及极片辊压后极片材料表面状态、极片分切后极片边缘金属毛刺大小。 扫描电镜还可用于检测正负极耳焊接情况。这些检测对于锂电池的质量保证具有重要意义。电镜下的负极材料电镜下的隔膜极片涂层辊压过程微观结构演变示意图极片边缘金属毛刺国仪量子扫描电镜了解一下国仪量子扫描电子显微镜SEM3100SEM3100是一款性能优良的钨灯丝扫描电子显微镜。本型号电镜可快速更换灯丝，使用维护更便捷。标配超大尺寸样品仓，最大可支持样品直径370 mm，高68 mm，可在20至300,000倍下观察样品，最高分辨率可达3 nm，使用场景更为广泛。产品特点1.大腔体设计， 三轴电动样品台或五轴电动样品台 （选配），可放置最大样品直径370mm，高68mm2.纯中文界面操作简洁高效3.稳定的成像效果，超高的分辨率4.多种探测器可供选配，满足不同的应用需求5.模块化的结构设计，易于维护及保养6.符合人体工程学设计的旋钮控制板 （选配）

p　　strong仪器信息网讯 /strong2018年4月15-16日，中国科学仪器行业的“达沃斯论坛”——2018 (第十二届)中国科学仪器发展年会(ACCSI 2018)在江苏省常州市香格里拉大酒店隆重召开。ACCSI 2018借助十一年的品牌积淀，发挥常州的区位优势，吸引科学仪器及检验检测行业的1000余位高端人士参会。br//pp style="text-align: center"img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201804/insimg/4434112d-6bcd-408a-806c-a4594d4dc16e.jpg" title="IMG_5735_副本.jpg"//pp style="text-align: center "strong大会掠影/strong/pp　　继大会首日的大会报告、仪器企业周年庆启动仪式、I100峰会之“中国科学仪器发展高峰论坛”、仪器及检测风云榜颁奖盛典等日程精彩上演后，4月16日,大会第二天,十个分论坛相继火热进行。/pp　　16日下午，“新材料检测技术及检测仪器发展论坛”作为重要分论坛之一，在酒店二层聚德堂会议厅如期进行。该论坛由仪器信息网与北京材料分析测试服务联盟共同主办，聚焦新能源、锂电池、半导体等新材料检测热点领域，特邀9位相关学术及企业专家代表与参会者分享最新检测技术及仪器报告。/pp style="text-align: center"img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201804/insimg/516ea58e-fb2f-4173-90b8-5fc07faec353.jpg" title="QM4B8404_副本.jpg"//pp style="text-align: center "strong“新材料检测技术及检测仪器发展论坛”现场/strong/pp style="text-align: center"img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201804/insimg/2b08d021-95cc-4d01-9d90-abcc0562ca0c.jpg" title="IMG_6146_副本.jpg"//pp style="text-align: center "strong北京材料分析测试服务联盟秘书长关璐主持/strong/pp　　值得一提的是，在专家报告前，聚焦材料物性测试仪器的2017年“第三届国产好仪器”在有着共同聚焦方向的材料论坛上进行了项目汇报及最终入选颁奖仪式，颁奖仪式请关注仪器信息网后续报道。/pp style="text-align: center "strongspan style="background-color: rgb(112, 48, 160) color: rgb(255, 255, 255) "九位专家报告速览/span/strong/pp style="text-align: center"img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201804/insimg/6779341c-8a8a-45e6-98d4-7a1cd828674f.jpg" title="QM4B8413_副本.jpg"//pp style="text-align: center "strong报告人/strong：广州邦禾检测技术有限公司董事长 苗春茂/pp style="text-align: center "strong报告题目/strong：电池相关检测的技术进展及对仪器的需求/pp　　电池涉及的终端产品种类繁多，由最初的手机、笔记本、MP3等少数电子产品，延伸到医疗器械、电动车、无人机、电动汽车等各个行业数千种产品。伴随电子产品的日益轻便、小型化，电动车续航里程需求的增加，高能量/高密度成为电池发展的趋势。但苗春茂也表示，这也随之带来事故几率及事故后危害的增大。而检测手段则可以降低电池的潜在风险，相关电池检测对仪器及设备的需求包括充放电池设备，记录间隔从 1s到5ms，对设备数据进度从± 1%到± 0.1%等。/pp style="text-align: center"img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201804/insimg/60a50985-8205-4dbf-993b-c94ec219f12d.jpg" title="IMG_6111_副本.jpg"//pp style="text-align: center "strong报告人：/strong珀金埃尔默仪器有限公司材料表征技术支持 方伟宇/pp style="text-align: center "strong报告题目：/strongLCD/LED液晶面板行业材料性能检测探讨/pp　　液晶面板行业包括上游材料或元件、中游面板制造厂、下游各类应用终端等，该行业面临的的检测需求包括原材料是否合格?如果发现不合格产品，原因何在等。方伟宇主要针对面板行业的需求，详细介绍了能够带来的相关仪器及解决方案，包括紫外/可见/近红外分光光度计、红外及其显微系统、热分析及其联用系统，及微小颗粒检测方案等。/pp style="text-align: center"img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201804/insimg/c49f8de5-095f-4022-983c-18dcfcb8874d.jpg" title="IMG_6140_副本.jpg"//pp style="text-align: center "strong报告人/strong：丹东奥龙射线仪器集团有限公司营销总监 杨国芳/pp style="text-align: center "strong报告题目/strong：工业CT在电池检测领域的应用/pp　　杨国芳在报告中表示X射线无损检测在电池制造业正逐步从二维检测走向CT检测，甚至开始了在线CT检测的应用。国产工业CT正在以更优异的分辨能力，便携性和可定制性服务于该行业，为客户更快更准确的解决问题。/pp style="text-align: center"img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201804/insimg/3ccef5c4-2a4c-4531-a0cc-825d0b032a5a.jpg" title="IMG_6148_副本.jpg"//pp style="text-align: center "strong报告人/strong：上海微谱化工技术服务有限公司副总经理 吴杰/pp style="text-align: center "strong报告题目/strong：微谱分析助力企业研发与质量升级/pp　　微谱分析，是指通过微观谱图(光谱、色谱、质谱、能谱、核磁共振谱、热谱等)对未知成分进行分析的技术方法。吴杰在报告中以对比分析、竞品分析、汽车内饰件气味/VOC评价及溯源等示例讲解了微谱分析对企业研发与质量升级的帮助。接着介绍了微谱分析最新技术进展，包括前处理升级、物质筛查体系及成分定性定量方法开发、微量物质结构解析及聚合物结构解析等。/pp style="text-align: center"img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201804/insimg/31bc84cb-326c-42b4-bcac-3c6edd38fe60.jpg" title="IMG_6173_副本.jpg"//pp style="text-align: center "strong报告人/strong：丹东百特仪器有限公司总经理 董青云/pp style="text-align: center "strong报告题目/strong：颗粒表征技术在能源颗粒材料中的应用与进展/pp　　首先，董青云通过概念解释、传统测试方法示例解析等方式对颗粒测试的“前世今生”进行了详细解答。接着，讲述了颗粒表征技术在能源颗粒材料中的应用，并着重介绍了两种能源颗粒粒度粒形测试最常用的两种方法：激光法和图像法。报告以丰富的产品及技术示例阐明，国产激光粒度仪的关键器件、原理性研究与进口品牌相比是过关的，现在的国产激光粒度仪、显微图像粒度仪能满足能源颗粒以及其它粉体材料粒度粒形分析要求。/pp style="text-align: center"img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201804/insimg/796c554d-7520-4341-8b6a-48db2d2d620a.jpg" title="IMG_6187_副本.jpg"//pp style="text-align: center "strong报告人/strong：安捷伦科技(中国)有限公司资深应用解决方案专家 王少珍/pp style="text-align: center "strong报告题目/strong：浅谈液质在新材料检测分析上的技术分享与应用解决方案/pp　　王少珍表示，安捷伦液质产品技术可以帮助用户应对不同的挑战，分离技术方面，包含通用型的HPLC,SFC,2D-LC等 不同的实验目的和要求，可选择不同类型的质谱进行检测，如四极杆，Tof，IMS仪器 对未知样品进行定性分析方面，可使用MSC、MP、MPP等软件进行数据解析。/pp style="text-align: center"img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201804/insimg/8d72862f-4663-43d8-a89f-8d8a96619fde.jpg" title="IMG_6198_副本.jpg"//pp style="text-align: center "strong报告人/strong：国家纳米科学中心纳米加工技术实验室副主任 褚卫国/pp style="text-align: center "strong报告题目/strong：锂离子电池纳米正极材料及表征/pp　　2003-2018年，锂电池增长态势良好，2018年产值达320亿美元。增长主要来源于电动汽车等动力电池领域、笔记本小型锂电池领域需求的快速增长。褚卫国认为，良好的电子离子导电性及结构、表面稳定性，取决于高性能的材料，而高性能的材料则离不开各种表征手段。电池材料相关表征手段很多，包括电镜、X射线、中子衍射、颗粒测试、核磁共振等。但褚卫国建议，要根据材料本身的特点来选择适当的表征方法，多种表征方法联合，相互印证结果。同时，表征技术在特定条件下与分析方法结合能够获取某种特定的重要信息。/pp style="text-align: center"img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201804/insimg/311bb580-20fb-4c0b-8b7d-e927d9a84061.jpg" title="IMG_6233_副本.jpg"//pp style="text-align: center "strong报告人/strong：日立高新技术公司电镜产品经理 席小宁/pp style="text-align: center "strong报告题目/strong：电子显微学表征技术在电池领域的应用及最新进展/pp　　锂电池材料的研究主要集中在正负极材料及隔膜材料的形貌、结构、成分、电学特性等方面。席小宁表示，日立高新针对这些需求，有一系列的对应产品及解决方案。如锂电池的正极材料在制样、转移及观察过程中非常容易受空气的氧化，对形貌和成分分析产生影响。为了解决这一问题，日立提供了一整套空气隔离系统，包括离子研磨，SEM、FIB、TEM、AFM(真空型)以及连接所有设备的真空转移盒等。/pp style="text-align: center"img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201804/insimg/6d75b1ff-0a53-4597-a62e-2b91b7a64647.jpg" title="IMG_6250_副本.jpg"//pp style="text-align: center "strong报告人/strong：国家半导体器件质量监督检验中心主任 黄杰/pp style="text-align: center "strong报告题目/strong：半导体产业现状及相关检测技术进展/pp　　我国是世界上半导体芯片产品最大的消耗国，半导体芯片年进口额超过2300亿美元， 是我国第一大宗的进口产品。按照产业链划分，半导体产业链可分为上游支撑产业链、中游核心产业链以及下游需求产业链。黄杰介绍到，半导体检测技术包括过程工艺控制检测及后道测试环节，电路测试中三大核心设备技术难点包括测试机、分选机，及探针台等。而我国半导体测试的发展方向包括大力发展推广低成本测试技术、着重研发前沿的测试技//积极与外商合作，引进先进测试技术等。br//p

从2010年开始，随着新能源、3C电子和电动工具等领域的快速发展，对锂电池的需求量与日俱增，越来越多的企业投身于锂电池的生产制造，据统计，2015年我国动力电池装机总量为16.5GWh，2022年提高到296GWh。随着时间的推移，使用过程中电池的性能会逐渐衰减，直至报废，目前动力锂电池的平均使用寿命约为4-8年，因此从2018年开始，前期使用的锂电池已开始陆续退役，废旧电池的处理和回收规模后续将越来越大，据估计，2019-2025年我国退役动力电池装机总量预计将由0.2GWh上升至52.0GWh。对于废旧锂电池，目前主要有两种处理方法，一是梯次利用，即将退役电池用在储能等其他领域，这主要针对磷酸铁锂电池；二是拆解回收，即将退役电池进行放电和拆解，提炼原料，从而进行循环利用，有效节约生产成本，三元电池目前以拆解回收为主。回收的主要方法有火法冶金、湿法冶金和生物浸出等，其中湿法冶金回收率较高，日益成为锂电池回收的主要工艺方法。商用锂电池通常由塑料或金属外壳、正极（Al箔上的锂金属氧化物）、负极（Cu箔上的石墨）、电解液（LiPF6、DMC、EC、EMC等）、粘接剂（如PVDF）和隔膜组成，回收的主要目标是正极上的有价金属，如锂、钴、镍。但是，电池废料中的有毒物质在回收预处理过程中排放的废气和导致的潜在危险是一个需要考虑的严重问题。了解电池材料在热解过程中产生的废气种类，有助于选择合适的废气处理措施，降低相关的风险，优化回收工艺。本文以废旧三元电池为例，介绍热质联用方法分析拆解电池极片在热解过程中产生的逸出气体。先将废旧电池进行放电处理，然后在手套箱中拆解，拆出正极片，晾干后进行真空包装。测试仪器为STA-QMS，测试前在空气下打开包装，快速称量样品，放入坩埚，然后放入炉腔内，通入Ar吹扫，将炉腔内的气氛置换为纯净的惰性气氛，以10K/min从35℃升温到700℃，Ar气氛，质谱采用扫描模式，从1amu扫描到120amu。下图为正极片的失重及质谱信号（质谱信息较多，所以分成4张图显示），样品的失重过程主要分为3个阶段，失重量分别为3.62%、2.13%和3.09%。根据质谱的检测结果，第一个阶段的气体产物比较复杂，跟NIST谱库对照后，判断逸出气体可能为H2（m2）、H2O（m18）、HF（m19）、CxHy（m14、m15、m16、m26、m27、m29、m30、m42）、C2HF（m31、m44）、C2H2F（m44、m45、m46）、C3H4O3（m29、m43、m88）、POF3（m69、85、104），第二阶段产物相对简单，逸出气体可能为H2O（m18）、C2H6O（m15、29、45、46）和CO2（m44），第三阶段的逸出气体可能为O2（m16、m32）、CH3F（m33、m34）、CO2（m22、m44）和C2H2F（m44、m45、m46）。通过以上分析可知，200℃以下产生的含氟气体主要来源于电解液，除此以外还有溶剂挥发产生的烃类、酯类物质、及水（游离水或结合水）和氢气，200℃-380℃之间，气体产物主要为水（反应水）、溶剂分解产生的醚类气体和CO2，380℃-700℃间主要为PVDF分解的产物，气体产物为CO2及一些含氟气体，O2可能来源于正极活性物质的分解。利用热质联用可以对极片样品在整个热解过程中的气态产物进行连续检测，从而可以分析极片热解的演变过程，了解气体释出过程和气体类型，为电池回收工艺提供理论基础和指导。热质联用测试正极片分解1热质联用测试正极片分解2热质联用测试正极片分解3热质联用测试正极片分解4作者王荣耐驰仪器公司应用实验室

iCAP PRO锂电池分析利器——稳如泰山原创 飞飞 赛默飞色谱与质谱中国 关注我们，更多干货和惊喜好礼 颜儿作 曹琦 贺静芳 李小波 锂电池自上世纪90年代商用化后，作为电子设备的移动能源储备服务于各个领域，2019年诺贝尔化学奖颁发给美国德州大学约翰古迪纳夫、美国纽约州立大学斯坦利威廷汉和日本旭化成株式会社吉野彰三人，以表彰他们对锂离子电池研发的zuo越贡献。目前在国内研究较多的包括钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂和镍钴锰酸锂新能源电池，锂已经融入汽车制造、家电、轨道交通、办公设备甚至guo防jun工等诸多国民经济领域，无法离开和替代。 2020年10月29日，中共zhong央委员会审议通过了国民经济第十四个五年规划和2035年远景目标，为2021-2025年国民经济发展宏观定调，2021年为十四五发展元年，而新能源产业作为科技创新、gao端制造和“新基建“的基础产业自然也列入了国家重点发展规划产业内，国内新能源股价应声大涨，作为新能源汽车long头企业特斯拉股价在2020年一年内拉升近10倍，再次造就马斯克财富神话，国内新能源电池制造巨头宁德时代再一次深度布局锂电池的研发和创新，汽车制造商特斯拉、蔚来、小鹏、比亚迪、理想纷纷发布新型新能源汽车，在续航能力上进一步刷新历史极值，而随着恒大“恒驰”和“小米”汽车涉猎全新疆场，互联网新能源造车领域竞争和发展进入bai热化阶段，势必国内造车新势力将实现弯道超车，未来产业发展可期。 不同的电池为什么具有不同的续航能力？其实在锂电池的充放电循环过程中，由于多种杂质元素的存在常常导致材料晶体结构的塌陷，最终会严重的影响电化学循环寿命和带来安全性的潜在因素。而不同锂电池的主量元素则直接影响到电池的性能（续航能力）和企业的成本，所以能够保证锂电池中主含量元素的稳定，是确保锂电池质量稳定的关键之一。赛默飞iCAP PRO系列是Thermo Fisher 于2020年发布的全新电感耦合等离子体发射光谱仪，是在继承iCAP 7000系列优点基础上创新新技术而生的产品，性能优异、设计独特、测试高效、成本务实。针对锂电池材料中主量元素能提供所有同类产品中Zui具竞争力的稳定性，为锂电池的安全和性能保驾护航。 Thermo Scientific™ iCAP™ PRO ICP-OES 紧凑精密恒温的光学系统：在波长200nm处光学分辨率小于7pm，确保zuo越的检出限，控温精度可达±0.1℃，超高光学控温稳定性全新400万像素CID检测器：2MHz高速全波长范围同步扫描，分析速度提高30%-40%，-45℃以下三级制冷，确保Zui佳信噪比高效固态功率发生器设计：耦合效率＞85%，可实现功率稳定性0.15%垂直矩管双向观测设计：可同时满足高低含量测试，保证轴向观测灵敏度和径向观测基体耐受性完全可拆卸矩管：便捷客户维护，使用成本低廉高精度MFC气体控制系统：精度达0.01L/min，保证等离子体稳定运行采用赛默飞iCAP PRO系列电感耦合等离子体发射光谱仪能够实现锂电池行业主含量元素的稳定测试的原因如下：稳如泰山一采用±0.1℃高精度控温光室，充分保证长时间测试过程光学稳定性，克服实验室环境温度变化造成的数据波动稳如泰山二采用高效固态功率发生器，可实现RF功率0.15%的稳定性，确保等离子体功率中心温度的稳定性，实现待测元素的稳定激发稳如泰山三采用3路精度为0.01L/min的质子流量计，可实现等离子体气稳定流速，确保样品雾化均匀的雾化气，可实现整个样品引入和激发过程的稳定性稳如泰山四采用垂直炬管双向观测设计，可通过径向观测提高对锂电池复杂基体耐受性，也可通过径向观测提高对于低含量元素（如Cu Fe）等元素的超痕量检出稳如泰山五采用400W像素超高分辨率和-45℃以下制冷温度的CID检测器，可实现高效光子量子化效率和超低检测器背景噪音，改善检出限和信号稳定性既然iCAP PRO有如此强大仪器稳定性的设计特点，让我们一起看下锂电池样品真实测试数据吧，Exciting and Unbelievable!! 无内标校正Ni-Co-Mn-Li重复10次测试稳定性数据 内标在线校正Ni-Co-Mn-Li重复10次稳定性数据无内标校正Ti-Mg-Al重复5次稳定性数据 内标在线校正Fe Ni Cu Al P Zn多元素4h稳定性数据采用赛默飞iCAP PRO系列电感耦合等离子体发射光谱仪， 按照锂电池新能源线性方法，针对Ni-Co-Mn-Li、P-Fe-Li和Mg-Ti-Al等不同类型正极材料内标在线校正进行短期和长期的稳定性测试，结果表明iCAP PRO ICP-OES可对锂电池中主量元素进行超级出色的准确和稳定的测量。

概述锂电池与我们生活密切相关，比如手机、ipad、电脑、充电宝、玩具、电动汽车、电动轻型车和新型储能等都有锂电池的身影，锂电池综合优势与下游领域对电池大容量、高功率、使用寿命和环境保护日益提升的需求相契合，存在广阔的市场应用前景。锂离子电池四大关键材料包括正极材料、负极材料、隔膜、电解液。锂电池的正极材料中，行业已经认可镍钴锂、磷酸铁锂等材料，不过也有许多企业逐渐转入了新型复合材料的研发中，液相色谱串联高分辨质谱仪在该研发过程中，可以在探究新型材料氧化还原反应机理研究、及活性基团位置不同对电化学性能的影响等方面贡献力量。金属锂的高化学活性使其易于与大多数电解质发生不可逆反应，从而在阳极表面形成固体电解质层（SEI）。液相色谱串联高分辨质谱仪可以对SEI膜成分进行结构解析，帮助研究其形成机制，减少其形成。电解液被誉为电池的“血液”，是实现锂离子在正负极迁移的媒介，对锂电容量、工作温度、循环效率以及安全性都有重要影响。所以对电解液体系中的特有成分的鉴定，杂质鉴定，其在不同电极作用，不同循环次数，不同放置时间，不同添加剂等等条件变化下电解液组成的变化，反应机理的研究，这对电池性能研究都具有重要作用。X500R QTOF 系统在锂电池电解液成分分析的应用研究本实验采用X500R QTOF系统的IDA+DBS采集技术对锂电池电解液成分进行快速准确鉴定，仪器标配的ESI源和APCI源可兼顾不同性质的化合物，IDA+DBS采集技术能够保证在有限的时间内采集到的有效信息，一针进样同时获得高分辨一级和二级质谱图，应用SCIEX OS软件对数据分析，为表征电解液提供解决方案。图 1 数据处理流程图流程一：SCIEX OS软件并结合SCIEX高分辨二级谱库的靶向流程SCIEX OS软件可以设定的条件，快速筛选出一级偏差准确，同位素分布合理，二级质谱图匹配得分高的结果，帮助我们快速鉴定化合物。图2 TOF MS和TOF MS/MS谱图流程二：统计学分析得到差异化合物鉴定流程对于不同品牌来源，不同放置时间，不同循环时间的电解液等样本的差异比较，可以采取组学的思路，使用SCIEX OS软件中MarkerView&trade 统计学分析模块进行PCA，T-test等统计学分析，MarkerView&trade 统计学分析模块和Explorer鉴定化合物模块互相链接，无需不同软件间转移，减少格式转化带来的数据丢失。可以将原始数据导入MarkerView&trade 统计分析后得到样本间具有统计学差异的离子后，可以直接查看一级和二级质谱图，进行鉴定分析。图3 MarkerView&trade 统计学界面展示流程三：非靶向流程软件可以设置空白样本，根据设定的峰面积比扣除空白样本中的离子，软件自动将不同加和离子形式和不同电荷数进行分组，增加鉴定准确度并减少重复鉴定的工作量。提取出来的离子会自动给出分子式，链接SCIEX本地数据库或者在线数据库进行检索，根据和二级质谱图匹配的情况，给出得分，同时也可以根据软件自动给出的二级偏差判断碎片归属，二级碎片可以和结构一一对应，有助于我们进行结构解析，分析合理性图4 非靶向流程中部分界面展示小结本实验采用X500R QTOF系统的IDA+DBS采集技术对锂电池电解液成分进行快速准确鉴定，分别使用ESI源和APCI源对样本进行采集，兼顾不同性质的化合物，可以更全面的表征化学成分。IDA+DBS采集技术能够保证在有限的时间内采集到的有效信息，一针进样同时获得高分辨一级和二级质谱图，应用SCIEX OS软件并结合SCIEX高分辨二级谱库的靶向流程简便且准确。对于不同品牌来源，不同放置时间，不同循环时间的电解液等样本的差异比较，可以使用统计学软件找到统计学差异的离子，进行鉴定分析。也可以采用软件自动扣除空白，自动识别离子的不同加和离子形式，电荷形式，结合SCIEX本地数据库或者在线数据库的非靶向流程，是结构鉴定和解析的有力工具，为表征电解液提供了的解决方案。 参考文献 [1]冯东,郝思语,谢于辉,等.锂离子电池电解质研究进展[J].化工新型材料,2023,51(2):35-41.[2]付文婧,汪熙媛,柯伟,等.汽车电动化的重要发展方向——锂电池技术[Z].时代汽车,2023(7):123-125.[3]Ma, Ting, et al. "Functional Polymer Materials for Advanced Lithium Metal Batteries: A Review and Perspective." Polymers 14.17 (2022): 3452.

锂离子电池是一种可充电蓄电池，其通过从活性材料的结构中解吸/插入Li+来充电/放电。从制作工艺而言，锂电池正极由活性材料、导电剂、粘结剂、增稠剂及溶剂去离子水等多相物质混合制成。这其中，对于提高性能和质量控制，最重要的是活性材料、粘合剂和导电添加剂的工作状态和分布状态。图1 锂电池充放电示意图目前应用最为广泛的正极材料主要有钴酸锂、磷酸铁锂、锰酸锂、三元材料镍钴锰酸锂和镍钴铝酸锂等。其中高镍三元锂离子电池正极材料NCM（锂镍锰钴氧化物；Li(Ni-Co-Mn)O2）凭借比容量高、成本较低和安全性优良等优势，成为研究的热点，被认为是极具应用前景的锂离子动力电池正极材料。为了保证电极具有良好的充放电性能，通常加入一定量的导电剂，在活性材料之间、活性材料与集流体之间起到收集微电流的作用，以减小电极的接触电阻，加速电子的移动速率。导电剂的材料、形貌、粒径及含量对电池都有着不同的影响，碳系导电剂从类型上可以分为导电石墨、导电炭黑、导电碳纤维和石墨烯。常用的锂电池导电剂可以分为传统导电剂(如炭黑、导电石墨、碳纤维等)和新型导电剂(如碳纳米管、石墨烯及其混合导电浆料等)。锂电池粘结剂是一种将活性材料粘附在集流体上的高分子化合物。专门用于粘结和固定电极活性材料，增强电极活性材料与导电剂以及活性材料与集流体之间的电子接触，更好地稳定极片的结构。聚偏氟乙烯(PVDF)是一种具有高介电常数的聚合物材料，具有良好的化学稳定性和温度特性，具有优良的机械性能和加工性，对提高粘结性能有积极的作用，被广泛应用于锂离子电池中，作为正负极粘结剂。另一方面，正极中的这三种主要物质的分布状态和工作状态决定了锂电池的充放电性能。最常遇到的不利情况包括不导电的粘结剂对活性材料的包裹导致无法参与反应，活性材料颗粒的碎裂导致隔离于反应体系，粘结剂/导电剂分散不均导致一些区域间隙过大使活性材料隔离于反应体系。在这些情况下活性材料成为死的活性材料，不再参与电极反应。图2 正极中各组分存在状态为了更全面地分析，需要结合多种仪器进行。传统上，SEM+EDS可以对正极表面形貌和元素分布。但是局限性也很大，首先，EDS仅是一种定性分析工具，不能对元素进行定量分析，需要更精确的方法；另一方面，SEM仅能观察形貌，无法观测正极的工作状态，需要一种表面电学性能观测的方法。因此本实验使用EPMA电子探针微量分析仪(EPMA-8050G)测量正极的元素分布，使用原子力显微镜(SPM-9700HT)观测表面电流分布状态。通过比较EPMA和SPM相同区域图像来评估正极表面各种组分的工作状态。比较EPMA和SPM在相同区域的分析结果。图3至图5示出了EPMA数据，图6至图8示出了SPM数据。在EPMA结果中，图3是成分图像(COMPO)，图4是C和F分析的叠加图像，图5是Mn、Co、Ni和O分析的叠加图像。因为导电剂和粘结剂都含有C，图4中C的位置是导电剂和粘合剂，因为只有粘合剂（PVDF）含有F，因此F的位置是粘合剂。图5中Mn、Co、Ni和O的重叠位置是活性材料。在SPM图像中，图6是用电流模式下的SPM获得的表面形貌图像，图7是低偏压激励下小电流分布图像，图8是高偏压激励下大电流分布图像。结合图6和图5，对比可知道活性材料的分布与形貌；结合图2，可认为图8中电流区域为为导电剂；同时对比图7和图8，从图7中扣除图8的大电流区域，可认为其他小电流区域为活性材料，即活性材料A区域。但是结合图7和图5 ，可发现有些活性材料在偏压激励下并没有电荷移动（形成电流），因此可判断，未形成电流的活性材料可能是被不导电的粘合剂包裹，或者因破碎和间隙被隔离于反应体系，无法参与充放电，即活性材料B区域。由此实验可见，对于锂电池的研究，结合元素分析工具（EPMA）和电流分析工具（SPM），既可以了解到各种组分的分布，还可以深度了解个部分的工作状态及可能的失效原因，为深入理解锂电池的工作原理与过程提供可行实验方案。本文内容非商业广告，仅供专业人士参考。

随着技术的不断革新，锂电池正在逐渐朝着小型轻量化，大容量化，长寿命化发展，对于锂电池的安全性能有了更高的要求，锂电池中每种材料的主成分、添加物和杂质都会影响其安全性和性能，因此需要高精度“定量分析各材料中的锂元素”、“测定正极活性物质中的组成元素摩尔比”、“测定有机溶剂-电解液中分离出的异物”等。ICP等离子体发射光谱法适合多元素分析，但不适用碱金属和有机溶剂分析，这种方法对某些元素的检测灵敏度低。而且使用成本较高。日立偏振塞曼原子吸收分光光度计可以高精度定量分析碱金属-锂元素，并且可以稳定测定正极材料中组成元素的摩尔比，其精度低于1％。此外，还可以轻松测定有机溶剂-电解液中含有的异物，石墨炉法比ICP等离子体发射光谱法的检测灵敏度更高。 ■ 分析实例对钴酸锂中的锂元素和钴元素进行定量分析，最终得到两种元素的摩尔比基本为其理想摩尔比1：1，其精度低于1％。采用日立偏振塞曼原子吸收分光光度计可以高精度地测定正极材料中组成元素的摩尔比。从电解液结果可知，分别使用火焰法测定电解液中钠元素，石墨炉法测定电解液中钾元素，可得到准确地测定结果，并且石墨炉法测定钾元素灵敏度高，可轻松实现ppb级别测定。采用日立偏振塞曼原子吸收分光光度计可以准确高灵敏度测定有机溶剂-电解液中含有的异物。 关于日立偏振塞曼原子吸收分光光度计ZA3000系列热分析仪详情，请见： https://www.instrument.com.cn/netshow/SH102446/C170248.htm关于日立高新技术公司：日立高新技术公司，于2013年1月，融合了X射线和热分析等核心技术，成立了日立高新技术科学。以“光”“电子线”“X射线”“热”分析为核心技术，精工电子将本公司的全部股份转让给了株式会社日立高新，因此公司变为日立高新的子公司，同时公司名称变更为株式会社日立高新技术科学，扩大了科学计测仪器领域的解决方案。日立高新技术集团产品涵盖半导体制造、生命科学、电子零配件、液晶制造及工业电子材料，产品线更丰富的日立高新技术集团，将继续引领科学领域的核心技术。

近日，工业和信息化部公开征集对《高温锂原电池(组)》等377项行业标准和52项国家标准计划项目的意见，并将其予以公示。　　其中涉及电池行业的标准计划项目有20项，其中化工行业4项、有色行业1项、轻工行业9项、电子行业6项 与锂电池相关的标准计划项目共计7项。　　摘录本次公开征集的标准制修订计划项目中涉及电池行业的部分内容如下：表12018与电池行业相关标准项目计划表序号申报号项目名称性质制修订代替标准完成年限部内主管司局技术委员会或技术归口单位主要起草单位备注化工行业23HGCPXT1876-2018电池用磷酸铁推荐修订HG/T4701-20142020原材料工业司全国化学标准化技术委员会无机化工分技术委员会广东邦普循环科技有限公司、瓮福（集团）有限责任公司、广西明利化工有限公司、重庆新申世纪化工有限公司、中海油天津化工研究设计院等重点24HGCPZT1877-2018电池用硫酸镍推荐制定2020原材料工业司全国化学标准化技术委员会无机化工分技术委员会衢州华友钴新材料有限公司、浙江华友钴业股份有限公司、中海油天津化工研究设计院有限公司等重点25HGCPZT1878-2018电池用硫酸钴推荐制定2020原材料工业司全国化学标准化技术委员会无机化工分技术委员会广东佳纳能源科技有限公司、浙江华友钴业股份有限公司、衢州华友钴新材料有限公司、广东省工业分析检测中心、清远佳致新材料研究院、中海油天津化工研究设计院有限公司重点78HGJNZT1931-2018废电池冷却液处理处置技术规范推荐制定2020节能与综合利用司全国化学标准化技术委员会硫和硫酸分会广东邦普循环科技有限公司、湖南邦普循环科技有限公司、中海油天津化工研究设计院有限公司重点有色行业150YSCPZT2003-2018动力电池极柱用铜型材推荐制定2020原材料工业司全国有色金属标准化技术委员会浙江力博实业股份有限公司重点轻工行业286QBCPZT2148-2018锂离子电池用铝塑封装膜推荐制定2021消费品工业司全国塑料制品标准化技术委员会上海紫江新材料科技股份有限公司、佛山佛塑科技集团股份有限公司、乐凯胶片股份有限公司等一般304QBCPXT2166-2018碱性锌-二氧化锰电池零配件第1部分：正极钢壳推荐修订QB/T2459.1-20112020消费品工业司全国原电池标准化技术委员会轻工业化学电源研究所、国家化学电源产品质量监督检验中心、宁波光华电池有限公司、中银宁波电池有限公司、浙江野马电池有限公司、福建南平南孚电池有限公司等一般305QBCPXT2167-2018碱性锌-二氧化锰电池零配件第2部分：负极底推荐修订QB/T2459.2-20112020消费品工业司全国原电池标准化技术委员会轻工业化学电源研究所、国家化学电源产品质量监督检验中心、宁波光华电池有限公司、福建南平南孚电池有限公司、中银宁波电池有限公司、浙江野马电池有限公司、广州市虎头电池集团有限公司等一般306QBCPXT2168-2018碱性锌-二氧化锰电池零配件第3部分：密封圈推荐修订QB/T2459.3-20112020消费品工业司全国原电池标准化技术委员会轻工业化学电源研究所、国家化学电源产品质量监督检验中心、宁波光华电池有限公司、福建南平南孚电池有限公司、中银宁波电池有限公司、浙江野马电池有限公司、广州市虎头电池集团有限公司等一般307QBCPXT2169-2018碱性锌-二氧化锰电池零配件第4部分：集流体推荐修订QB/T2459.4-20112020消费品工业司全国原电池标准化技术委员会轻工业化学电源研究所、宁波市鄞州精艺机电厂、国家化学电源产品质量监督检验中心、福建南平华孚电器有限公司、福建南平南孚电池有限公司、中银宁波电池有限公司、浙江野马电池有限公司等一般308QBCPXT2170-2018无汞碱性锌-二氧化锰电池用电解二氧化锰推荐修订QB/T2629-20042020消费品工业司全国原电池标准化技术委员会轻工业化学电源研究所、湘潭电化科技股份有限公司、普瑞斯伊诺康有限公司、国家化学电源产品质量监督检验中心、苏州市质量监督研究所、福建南平南孚电池有限公司、中银宁波电池有限公司、浙江野马电池有限公司、广州市虎头电池集团有限公司等一般309QBCPXT2171-2018原电池用锌合金推荐修订QB/T2576-20022020消费品工业司全国原电池标准化技术委员会轻工业化学电源研究所、深圳中金岭南科技有限公司、国家化学电源产品质量监督检验中心、福建南平南孚电池有限公司、中银宁波电池有限公司、浙江野马电池有限公司、四川长虹新能源科技股份有限公司、广州市虎头电池集团有限公司等一般310QBCPZT2172-2018有源射频卡专用软包锂-二氧化锰原电池（组）推荐制定2020消费品工业司全国原电池标准化技术委员会轻工业化学电源研究所、武汉孚安特电池有限公司、惠州亿纬锂能股份有限公司、成都建中锂电池有限公司、国家化学电源产品质量监督检验中心等重点311QBCPZT2173-2018高温锂原电池（组）推荐制定2020消费品工业司全国原电池标准化技术委员会轻工业化学电源研究所、武汉孚安特电池有限公司、成都建中锂电池有限公司、惠州亿纬锂能股份有限公司、国家化学电源产品质量监督检验中心重点电子行业324SJCPZT2184-2018晶体硅光伏电池智能制造车间数据采集指南推荐制定2020电子信息司全国半导体设备和材料标准化技术委员会湖南红太阳光电科技有限公司、中国电子技术标准化研究院、通威太阳能(成都)有限公司、泰州乐叶光伏科技有限公司一般326SJCPZT2186-2018锂离子电池梯次利用推荐制定2020电子信息司工业和信息化部电子工业标准化研究院中国电子技术标准化研究院、广东邦普循环科技有限公司、宁德时代新能源科技股份有限公司、欣旺达电子股份有限公司、东莞新能源科技有限公司、深圳市比亚迪锂电池有限公司等一般327SJCPZT2187-2018管道在线静电消除器技术规范推荐制定2020电子信息司工业和信息化部电子工业标准化研究院中国电子技术标准化研究院、中石化集团青岛安全工程研究院、上海安平静电科技有限公司、大连东强防静电技术有限公司等一般328SJCPZT2188-2018锂离子电池叠片/卷绕整齐度测量方法推荐制定2020电子信息司工业和信息化部电子工业标准化研究院深圳吉阳智能科技有限公司、广东茜恩自动化设备有限公司、东莞市和明机械有限公司、深圳市格林晟科技有限公司、锂离子电池安全标准特别工作组一般329SJCPZT2189-2018锂离子电池用铝壳推荐制定2020电子信息司工业和信息化部电子工业标准化研究院合肥国轩高科动力能源有限公司、中国电子技术标准化研究院、宁德时代新能源科技有限公司、欣旺达电子股份有限公司、珠海光宇电池有限公司、深圳市比亚迪锂电池有限公司等一般330SJCPZT2190-2018锂离子电池用辊压机推荐制定2020电子信息司工业和信息化部电子工业标准化研究院深圳市赢合科技股份有限公司、中国电子技术标准化研究院、广东茜恩自动化设备有限公司、深圳吉阳智能科技有限公司、福建星云电子股份有限公司、东莞新能源科技有限公司、深圳市比亚迪锂电池有限公司等一般　　对拟立项标准项目有不同意见，可在公示期填写《标准立项反馈意见表》并反馈至工信部科技司，邮箱地址：KJBZ@miit.gov.cn或cuiwh@miit.gov.cn(邮件主题注明：标准立项公示反馈)。　　此外，工信部还批准公布了《锂离子电池用电解液》等183项行业标准，其中与锂电池相关的行业标准有3项，标准条目摘录见下表：表2涉及电池行业标准编号、名称、主要内容等一览表序号标准编号标准名称标准主要内容实施日期汽车行业102QC/T1094-2018摩托车起动用锂离子电池通用技术条件本标准规定了摩托车起动用的锂离子电池的要求、试验方法、检验规则以及标志、包装、运输和贮存。本标准适用于摩托车的起动用的锂离子电池。2019-01-01电子行业182SJ/T11723-2018锂离子电池用电解液标准主要内容包括锂离子电池用电解液的要求、试验方法、检验规则、标志、包装、运输和储存。其中，技术指标包括色度、密度（25℃）、游离酸、电导率（25℃）、水分、金属杂质含量、硫酸根离子和氯离子含量等。2018-10-01183SJ/T11724-2018锂原电池用电解液标准主要内容包括锂原电池（锂-二氧化锰、锂-二硫化亚铁、锂-氟化碳聚合物体系）用电解液的要求、试验方法、检验规则、标志、包装、储存。其中，技术指标包括色度、水分、密度（20℃）、电导率（20℃）、金属杂质含量、硫酸根离子和氯离子含量等。2018-10-01附件：工业和信息化部2018年第三季度行业标准制修订计划（征求意见稿）6326516.docx