隨著手機、數(shù)碼產(chǎn)品、電動汽車的普及，鋰電池在人們生活中扮演著越來越重要的角色。隨之而來，鋰電池的性能和安全問題成為人們關(guān)注的焦點。除了某些外部因素如過充、火源、擠壓、穿刺、短路等，以及在鋰電池電極制造、裝配等過程中的質(zhì)量控制起到很大影響之外，主要影響因素來源于以下幾個方面：（1）正極材料：當鋰離子電池使用不當時，導(dǎo)致電池內(nèi)部溫度過快升高，造成正極材料中的活性物質(zhì)分解和電解液的氧化，從而產(chǎn)生大量熱量，使得電池過熱，引起燃燒甚至爆炸。（2）負極材料：如果以金屬鋰做負極材料，電池經(jīng)過多次充放電后容易產(chǎn)生鋰枝晶，進而刺破隔膜，導(dǎo)致電池短路、漏液。目前常用嵌鋰化合物作為負極材料，有效避免鋰枝晶的產(chǎn)生，提高安全性。（3）隔膜與電解液：鋰電池的電解液通常為鋰鹽（如六氟磷酸鋁）與有機溶劑（如碳酸酯）的混合溶液，電池溫度較高時下易發(fā)生熱分解。
鋰電池的生產(chǎn)環(huán)節(jié)上游為原材料的開采、加工和冶煉環(huán)節(jié)；中游涵蓋了正極材料、負極材料、電解液以及隔膜的生產(chǎn)；下游主要涉及電芯制造和Pack封裝。各個環(huán)節(jié)都需要用到儀器分析以確保品質(zhì)符合要求。 珀金埃爾默致力于提供專業(yè)、可靠的鋰電池檢測解決方案，助力鋰電安全發(fā)展。
元素分析方案
正極、負極、電解液等鋰電池關(guān)鍵材料中的元素含量對成品質(zhì)量有重大影響，是鋰電原材料質(zhì)控的關(guān)鍵項目。Ni、Co、Mn、Li等常量元素的含量決定了正極材料的性能表現(xiàn)；雜質(zhì)元素含量決定了鋰電池安全等性能。
1. ICP-MS應(yīng)用
鋰電池的關(guān)鍵材料中的雜質(zhì)元素的濃度，對電池的充放電性能起到至關(guān)重要的作用。通常情況下，金屬元素雜質(zhì)的分析可以采用ICP-OES方法，但由于其儀器原理的局限，無法滿足部分濃度較低雜質(zhì)元素的檢測。ICP-MS檢出限相比ICP-OES更低，能很好地解決這一問題。針對鋰電池元素雜質(zhì)分析，珀金埃爾默NexION系列ICP-MS具備如下優(yōu)勢：（1）采用AMS全基體進樣系統(tǒng)，在線通入稀釋氣，配合大錐孔設(shè)計，有效解決高酸及高顆粒樣品中易堵塞錐口的問題；（2）采用四極桿離子偏轉(zhuǎn)器（QID）偏轉(zhuǎn)四級桿，離子90度偏轉(zhuǎn)，可以獲得優(yōu)異的基體耐受性、儀器穩(wěn)定性以及更低的記憶效應(yīng)；（3）單顆粒(SP)-ICP-MS技術(shù)有效檢測銅顆粒、含銅顆粒的數(shù)量及粒徑分布。
2. ICP-OES應(yīng)用
除了鋰電池關(guān)鍵材料中的雜質(zhì)元素外，正極材料，尤其是三元材料中主量元素的比例直接決定了鋰電池的性能表現(xiàn)。珀金埃爾默Avio系列ICP-OES除了可以檢測雜質(zhì)元素，還能針對主量元素進行準確測定，助力電池質(zhì)量精準控制。Avio系列ICP-OES檢測鋰電池樣品具有以下優(yōu)勢：（1）實時內(nèi)標法帶來0.1%的測試穩(wěn)定性，非常適合主量元素測定；（2）雙向觀測能同時滿足測定高濃度與低濃度的需求；（3）電解液類含有機溶劑樣品可稀釋后直接進樣；（4）*的扣除光譜干擾功能，解決了ICP-OES分析復(fù)雜基體樣品中的譜線干擾問題；(5）氬氣消耗量低，節(jié)省成本。
材料表征方案
在鋰離子電池發(fā)展的過程當中，需要大量信息來幫助我們對材料和器件進行數(shù)據(jù)分析，以得知其各方面的性能。
1. 紅外光譜應(yīng)用
傅里葉紅外光譜技術(shù)（FT-IR）是鋰電池研發(fā)過程中的一種重要的材料表征手段。它能提供化學(xué)鍵和官能團的具體信息，以確定氧化降解過程中影響鋰電池性能的瞬時鋰態(tài)和雜質(zhì)情況。采用紅外光譜和紅外成像技術(shù)，可以表征粘結(jié)劑和隔膜材料在充放電過程中的化學(xué)鍵變化及劣化情況。珀金埃爾默紅外光譜儀配備了一系列先進的創(chuàng)新設(shè)計，旨在為鋰電池產(chǎn)品研發(fā)提供更好的光譜分析能力。其中Spectrum 3系列還可以升級為具有衰減全反射（ATR）圖像功能的 Spotlight™400紅外成像系統(tǒng)，極小樣本也能實現(xiàn)高分辨檢測，并通過紅外光譜數(shù)據(jù)可視化地展示材質(zhì)成分。
2. 熱分析應(yīng)用
鋰離子充電電池所使用的材料的耐熱穩(wěn)定性（熱分解、產(chǎn)生氣體等）測試非常重要。例如隔離材料，其結(jié)晶結(jié)構(gòu)可左右電池性能。另外，如果在封裝過程中使用了環(huán)氧類固化材料，則需要對其固化度進行檢測。使用由熱分析儀器與光譜及質(zhì)譜等儀器聯(lián)用組合而成的逸出氣體分析系統(tǒng)，為您提供可獲取材料正確信息的有效快速的分析方法。珀金埃爾默聯(lián)用系統(tǒng)的應(yīng)用優(yōu)勢：（1）DSC 8500采用功率補償型設(shè)計原理，能真實直接測量能量和溫度而非溫度差；（2）DMA 8000自由旋轉(zhuǎn)的測試頭，可旋轉(zhuǎn)180度，從而在任何合適的方位進行裝樣測試；（3）珀金埃爾默提供從色譜、質(zhì)譜、光譜和熱分析等全面產(chǎn)品支持，可將不同產(chǎn)品聯(lián)合使用，充分利用各個儀器的優(yōu)勢，產(chǎn)生協(xié)同效技，達到單次試驗，獲得多個結(jié)果的目的。
失效分析方案
氣相色譜及氣相質(zhì)譜可進行電解液（包括添加劑）成分分析、溶劑組分含量測定，以及石墨類負極材料有機物含量測試?？赏ㄟ^分析充放電后的電解液確認組成比例的變化及分解成分等，進而有助于判斷電池失效的原因。珀金埃爾默Arnel® Model 4017可用于分析電池內(nèi)部產(chǎn)生的氣體，常見產(chǎn)氣成分有H2、CO、CO2 等性氣體以及CH4、C2H4、 C2H6 等烷烴類氣體，從而推測電池的內(nèi)部狀態(tài)。
珀金埃爾默產(chǎn)品在鋰電材料檢測中的應(yīng)用概覽
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