島津CT助力鋰離子動(dòng)力電池檢測(cè)(上)
發(fā)布時(shí)間:2021-07-23 閱讀次數(shù)：875次
■ 自2018年下半年以來(lái)，新能源汽車屢屢發(fā)生起火、自燃等動(dòng)力電池安全事故，嚴(yán)重影響了消費(fèi)者對(duì)新能源汽車的使用信心。前不久，工信部就新能源汽車動(dòng)力鋰電池產(chǎn)品質(zhì)量安全問(wèn)題約談了多家新能源公司，要求對(duì)已銷售的產(chǎn)品開展自查自糾，針對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題提出對(duì)策，并對(duì)動(dòng)力電池的研發(fā)、生產(chǎn)、檢測(cè)和售后等各環(huán)節(jié)進(jìn)行系統(tǒng)梳理和整頓優(yōu)化。監(jiān)管機(jī)構(gòu)對(duì)于新能源行業(yè)的安全提出了更高要求，提升汽車動(dòng)力鋰電池安全迫在眉睫。
■ 島津X射線微焦點(diǎn)CT對(duì)汽車動(dòng)力電池從正負(fù)極材料到裝配好的電池都可以實(shí)行無(wú)損檢測(cè)，觀察正、負(fù)極材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)，確認(rèn)顆粒尺寸分布，助推研發(fā)和品質(zhì)管控，也可以實(shí)現(xiàn)在充放電過(guò)程中進(jìn)行原位測(cè)試，便于實(shí)行工藝優(yōu)化和控制。
鋰離子電池電極3D像
本文展示島津CT在正極材料和負(fù)極材料觀測(cè)和尺寸測(cè)量方面的應(yīng)用，是為上篇。下篇將展示島津CT在成品電池觀測(cè)方面的應(yīng)用，以及充放電時(shí)的原位觀測(cè)。
｜正負(fù)極材料CT觀察｜
汽車動(dòng)力鋰電池原材料現(xiàn)有主材主要有四種：正極材料、負(fù)極材料、隔離膜和電解液。X射線微焦點(diǎn)CT對(duì)汽車動(dòng)力鋰電池原材料分析中，能夠清晰觀察正、負(fù)極材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)及測(cè)量尺寸，輕松確認(rèn)組成顆粒的大小、顆粒大小的變化和厚度等。而正、負(fù)極材料中的顆粒尺寸大小、物相是否均一、粉體粒徑的大小及分布是否均勻決定了動(dòng)力鋰電池的性能，因此用X射線微焦點(diǎn)CT觀察正、負(fù)極材料變得尤為重要。
島津inspeXio SMX-100CT
｜正極材料觀察及分析｜
通過(guò)掃描一塊長(zhǎng)寬約為2mm的正方形的正極材料，得到MPR（多平面重建）圖像（圖1），可以觀察出正極材料具有顆粒狀結(jié)構(gòu)。
圖1 正極MPR圖像
再通過(guò)軟件對(duì)其尺寸測(cè)量，如圖2所示，表明組成顆粒大小都約為20μm，再通過(guò)3D圖像(圖3)顯示可以確認(rèn)正極具有分層的結(jié)構(gòu)。
圖2 正極尺寸測(cè)量圖像 圖3 正極3D圖像
｜負(fù)極材料觀察及分析｜
同樣通過(guò)掃描一塊長(zhǎng)寬約為2mm的正方形的負(fù)極材料，得到MPR（多平面重建）圖像（圖4），可以觀察出負(fù)極材料具有魚鱗片狀結(jié)構(gòu)。
圖4 負(fù)極MPR圖像
再通過(guò)軟件對(duì)其尺寸測(cè)量，如圖5所示，最大的石墨片長(zhǎng)度約為100μm。圖6所示是負(fù)極的CT圖像3D顯示效果。在該圖中，石墨被涂成藍(lán)色，以區(qū)別于黃色的銅箔。通過(guò)這種方式，可以通過(guò)3D顯示效果來(lái)三維觀察負(fù)極。
圖5 負(fù)極尺寸測(cè)量圖像 圖6 負(fù)極3D圖像
島津微焦點(diǎn)X射線CT能夠無(wú)損觀察物品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。因此，可用于分析有缺陷的電池、比較合格和不合格的電池、比較充電或放電前后的電池狀態(tài)、評(píng)估循環(huán)測(cè)試期間的電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化等。在此示例中，使用了inspeXio SMX-100CT微焦點(diǎn)X射線CT系統(tǒng)觀察可充電鋰離子電池中的電極，并進(jìn)行顆粒尺寸測(cè)量，進(jìn)而為工藝優(yōu)化及質(zhì)量控制提供科學(xué)可靠的指導(dǎo)。
撰稿人：黃軍飛