多种检测维度，让电池基础研发走得更远、更深-数控专题

多种检测维度，让电池基础研发走得更远、更深

时间:2023-08-28 作者: 来源:中国工控网

▲ 动力电池的技术趋势来源：《纤毫毕现，追根溯源–探索电池高效生产打造高品质电池的奥秘》白皮书

正所谓“工欲善其事，必先利其器”，更优秀的动力电池产品离不开更高效有力的检测工具。

材料的微观结构表征是电芯研发的关键，目前多种材料表征方法被推出并得到广泛应用。

在研发环节，工程师利用光学显微镜、X 射线显微镜、3D 检测来观察电极材料，检测电极缺陷并分析电池失效原理。还可观察材料的粒径尺寸、各种成分的配比及分布情况等，加深研发人员的认识和理解。这些都可以在提高研发效率的同时更好的改善电池性能，进而为材料、工艺的改进提供依据。

二、电池材料的二维显微成像和表征

光学显微镜，起源于17世纪，借助可见光的波长放大物体，实现了微米级分辨率，广泛用于生命科学、材料科学等。在电池领域，它能观察电极结构、检测电极缺陷和锂枝晶的生长，为电池研发提供宝贵数据。但受限于可见光的波长，其观测范围有限，而电子显微镜则很好的解决了这个问题。

电子显微镜于1931年问世，使用电子束放大物体，最大可放大高达300万倍，达到纳米级分辨率。由于电子显微镜具备更高的分辨率，在电池研发中，搭配不同的探头，可以得到多维度的信息（成分、表征信息，粒度尺寸，配料占比等），实现对正负极材料、导电剂、粘结剂及隔膜等更微观结构的检测（观察材料的形貌、分布状态、粒径大小、存在的缺陷等）。

▲ 电池内部高分辨率成像（扫描完整样品 - 选择感兴趣区域 - 放大并进行高分辨率成像）来源：蔡司（使用蔡司 Xradia Versa 系列 X 射线显微镜测试）

在此基础上，蔡司推出的4D微观结构演化表征方法，可以获得更多信息，提供更微小的细节特征。

当需要进一步高分辨率分析时，新一代聚焦离子束（FIB）技术成为首选。FIB结合SEM，允许样品在纳米级别进行精细加工和观察。蔡司和赛默飞均已推出相关显微镜产品。

四、电池的原位测试和多技术关联应用

一种检测手段常常无法完全表征材料属性。所以，行业将不同的测试设备协同应用，实现多手段的关联，则可以在测试中得到多维度的信息，使结果更为直观。

早期，多手段关联的出发点，是以不同分辨率来观察被测对象的需求。利用 CT→X 射线显微镜→ FIB-SEM，选定区域并逐级放大，就可以得到更为全面和精确的信息，同时可以实现快速定位，使检测更为高效。