鋰離子電池測試技術及使用研討會 安全問題成重點

2019年3月26日，由儀器信息網主辦的“鋰電池測試技術及使用”主題網絡研討會線上召開，會議邀請9位鋰電池范疇科研專家、第三方測試機構及相關科學儀器加工商技術代表，以在線報告交流形式，同臺共議鋰電產業高速發展與安全問題凸顯新形勢下的“測試技術與鋰電產業鏈”協同發展。

近來，鋰電池在不斷滿足并加速普及數碼產品、信息化電子產品的需求基礎上，新能源汽車的快速發展，推動了動力電池的異軍突起，我國已經成為全球最主要的鋰電池加工國之一。在“新能源”、“戰略新興產業”標簽背書之下，“高性能”與“安全”逐漸成為飛速發展鋰電產業的兩大關注焦點。兩者相輔相成，其發展都離不開全方位測試技術在鋰電研發、加工過程中的發揮的緊要作用。

會議中，鋰電科研專家、測試機構及儀器商技術代表分別從鋰電技術痛點及對測試技術的需求、鋰電測試市場的發展之路、鋰電測試新技術及難點等與在線網友一一分享探討，共同為我國鋰電產業鏈的良性發展建言獻策。

鋰電科研專家：高性能與安全相輔相成，測試技術保駕護航

基礎力學問題是制約鋰離子電池發展和使用的瓶頸所在，但由于試驗困難，對這些基礎力學問題的研究還處于初級階段。這些力學問題如鋰離子電池在循環過程中電極材料反復嵌鋰和脫鋰會引起其體積反復膨脹和收縮，從而導致電極材料和固體電解質膜的疲勞斷裂等。利用原位電鏡技術，黃建宇研究組在鋰離子電池納米力學研究范疇做出了一些原創性工作。在國際上率先制造出在高真空度電鏡中工作的鋰離子電池，發明了在原子尺度實時觀察鋰電池充放電過程的新技術，開創了原位納米尺度電化學和納米力學研究的新范疇，為研究鋰電池的關鍵性課題提供了有效的技術條件，發現了鋰嵌入晶體硅的臨界尺寸效應：當晶體硅的晶粒尺寸大于150nm時，鋰嵌入晶體硅后會斷裂并粉末化;但當硅晶粒尺寸小于150nm時，晶體硅顆粒就不會斷裂或粉末化。這些研究結果為研發高能量密度、高功率密度、長壽命鋰離子電池提供了堅實的科學基礎。

褚衛國首先解析鋰電池發展趨勢、典型鋰電池正極納米材料以及納米技術提高鋰電池電極材料性能的基本原理。通過幾類鋰電正極材料的研究實例說明各種表征辦法在鋰電正極材料研究中的作用，并構建結構-性能關系，為發展新型高性能鋰電正極材料提供指揮。最后對不同表征辦法在鋰電正極材料研究中的角色進行簡單總結。最終結論包括，依據需要的信息選擇適當的表征辦法;多種表征辦法聯合;多角度選取表征辦法，相互印證結果;表征技術在特定條件下與分解辦法結合能夠獲取特定緊要信息等。

鋰電測試機構：鋰電產業高速迭代之下，測試機構為鋰電產業鏈賦能

蘇州瑪瑞柯探測科技有限公司定位于第三方鋰電熱特性和熱安全探測分解并提供技術咨詢服務。薛鋼首先主要解析鋰電池的失效分類、鋰電池失效原由、鋰電池失效常見探測分解辦法。常見失效探測分解辦法包括成分、結構、形貌、價態、界面、電性能、熱性能等。薛鋼主要解析了熱性能分解中的加速量熱儀(ARC)技術，即通過引入外部熱源誘發鋰離子電池的熱失效，進而對造成電池失效的內部因素進行數據介紹。該技術在鋰電熱失效中的使用主要包括材料熱穩定性探測和電池熱安全性探測。大量案例也聲明，加速量熱儀可以從材料層面和電池層面分別探索熱失效的現象、特征和機理，進而對改進電池設計及性能提供量化數據支持。

近年來隨著鋰離子電池使用場景的日益多樣化，鋰離子電池安全問題也層出不窮。然而在鋰離子電池安全事故發生后，國內目前卻少有機構能對其進行深度的失效分解，找出其失效原由，并制定相應的防止性處理方案。鋰離子電池的安全并非簡單的電芯材料與結構問題，而是涉及到系統設計和使用環境的的綜合性課題，并通常沒有可以重復的操作流程，需要根據客戶的案例情況定制分解方案。所以設計鋰電安全性的失效分解對人才，設備以及團隊的經驗積累都提出了巨大的挑戰。在此次報告中，周健結合系列實際技術案例，與大家探討目前國內鋰離子電池失效分解行業的機遇與挑戰。詳盡案例包括CT無損分解觀察電池內部結構變化、氣質分解知道電池劣化機理、電池拆解確認電池失效模式、商用電池異常自放電根源研究等。

2018-2019年部分電動車起火事件，據不完全統計已經發生50余起!隨著鋰電市場的推動需求，安全測試已成為重中之重。韓廣帥主要解析了系列鋰電失效整體處理方案，包括逆向分解流程、正向分解流程等。逆向分解流程包括外觀/電位觀察調整、氣體抽取、電解液抽出、電池解體寫真記錄、非大氣暴露分解等。正向分解則從正負極材料、隔膜、電解液角度，依次講解了各自的綜合測試方案。

儀器商：迎合需求，開發更多更廣泛鋰電處理方案

王志芳主要解析了雷尼紹inVia顯微拉曼光譜系統在鋰電研究范疇的使用案例。正極材料方面的使用包括微結構變化、材料改性、識別正極材料及循環產物等。負極材料使用包括評價鋰電可逆容量、檢測低濃度粘合劑、負極組分及分布、石墨負極劣化評價、檢測低濃度粘合劑等。最后，關于聯用技術方面，Raman-AFM聯用技術在鋰離子嵌入過程、高空間辨別率(納米量級)下的拉曼成像等。

郝正明主要解析了島津鋰電測試的原位測試技術。XRD原位分解技術——產品系列包括中端XRD-6100與高端XRD-7000。在鋰電范疇的使用包括高低溫附件用于樣品原位的變溫物相分解。電池附件用于鋰電電極材料充放電過程中物相分解等。SPM原位分解技術——SPM-9700HT和環境控制艙，使用案例包括原位加熱隔膜樣品、電化學液體池模擬電池內部電解液環境等。XPS原位分解技術——AxisSupra,全固態鋰電利用XPS技術進行相關原位分解研究等。

王元飛首先解析了鋰電測試現行的先關測試標準。接著針對這些測試項目，詳盡解析了安捷倫原子光譜產品技術在鋰電測試范疇的系列測試方案案例，包括：痕量雜質分解-易電離元素干擾消除、電解液筆直進樣+光譜干擾消除、主量元素分解等。

陳京一主要解析了馬爾文帕納科XRD技術在電池研究中的使用情況。在正極材料研究中的使用包括物相鑒定及陽離子混排、PIETVELD結構精修計算離子混排等。在負極材料研究中使用包括石墨化度、石墨電極片取向性等。并解析了馬爾文帕納科對分布函數(PDF)對全散射的分解，為電池材料精細結構及機理研究提供全新試驗室方案，使得在XRD知其然的基礎上，PDF實現知其所以然。

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