梅賽德斯-奔馳聯(lián)合研究：減少鋰電生產(chǎn)過程中雜質(zhì)顆粒的 4 種方法

Nature Energy｜梅賽德斯-奔馳聯(lián)合研究成果：減少鋰電池生產(chǎn)過程中雜質(zhì)顆粒的 4 種方法

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（鋰電池清潔度分析）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(xué)、賓夕法尼亞州立大學(xué)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)表在國際頂級期刊《nature energy》上。

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。

對原料進行嚴格的品質(zhì)把控

  策略一  

這一過程可以借助電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀、光學(xué)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

某些生產(chǎn)環(huán)節(jié)加入除磁步驟

策略二

生產(chǎn)工藝中（如攪拌池），添加除磁工藝，以去除磁性顆粒物。

監(jiān)測生產(chǎn)車間的環(huán)境清潔度

  策略三  

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(xué)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。

生產(chǎn)設(shè)備的金屬表面涂覆防護涂層

  策略四  

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(fēng)險。

/ ParticleX Battery 全自動鋰電清潔度檢測系統(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(dǎo)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(zhǔn)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