通過LIB金屬異物檢查來(lái)提高安全性以及成品率

利用X射線技術(shù)，對(duì)鋰離子電池的金屬異物進(jìn)行檢測(cè)，通過這種方式來(lái)提高電池的安全性和合格率。今天分享的內(nèi)容是分三部分：第一，日立和鋰離子電池金屬檢測(cè)儀器開發(fā)的背景；第二，介紹設(shè)備；第三，介紹日立生產(chǎn)線。

眾所周知，全世界都在強(qiáng)化環(huán)境保護(hù)，作為使用清潔能源的電動(dòng)汽車，已然成為當(dāng)今世界交通工具的發(fā)展趨勢(shì)。這里面有一張圖，是電動(dòng)汽車全球銷售的預(yù)測(cè)圖，在圖里面也可以看得出來(lái)，跟藍(lán)色部分（混合動(dòng)力汽車，藍(lán)色部分每年的增速是比較穩(wěn)定相比，青色和橙色（插片式混動(dòng)、純電動(dòng)），它們是要高于混合動(dòng)力的汽車增幅。鋰離子在向小型化、高能量型的方向轉(zhuǎn)變。作為電動(dòng)汽車的動(dòng)力能源，鋰離子電池曾經(jīng)在小型的電子產(chǎn)品當(dāng)中出現(xiàn)過發(fā)熱、易爆的現(xiàn)象，因此，它作為汽車?yán)锏膭?dòng)力能源，安全性和品質(zhì)管理就顯得尤為重要。

除了安全性之外，電池的使用壽命、使用特點(diǎn)、可生產(chǎn)性、生產(chǎn)成本，也是越來(lái)越受到生產(chǎn)企業(yè)的重視。如果說我們?cè)陔姵乩锩婊烊虢饘佼愇铮陀锌赡軐?dǎo)致電池內(nèi)部的短路。電池一短路，就有可能降低電池的性能，從而還會(huì)導(dǎo)致電池發(fā)熱發(fā)燙，甚至是著火。從1995年到現(xiàn)在，也出現(xiàn)過很多的異物，而導(dǎo)致電車著火的事故。當(dāng)然，作為我們生產(chǎn)企業(yè)而言，必然是希望在生產(chǎn)過程當(dāng)中盡量地減少金屬異物的混入。

我們來(lái)看一下，如果鋰離子電池混入了金屬異物會(huì)出現(xiàn)什么情況，如果出現(xiàn)大顆粒的金屬異物，在使用的時(shí)候就有可能造成金屬異物直接穿透隔膜，就會(huì)形成短路，短時(shí)間內(nèi)就會(huì)讓電池發(fā)熱發(fā)燙，甚至是著火。如果是混入小的金屬異物，可能不會(huì)馬上出現(xiàn)發(fā)熱、發(fā)燙和著火，但是，金屬異物在長(zhǎng)期的沖撞過程當(dāng)中會(huì)有離子化的過程，離子化會(huì)慢慢沉積，沉積了之后會(huì)逐漸形成電池內(nèi)的短路，這也是很危險(xiǎn)的。它直接的影響當(dāng)然是導(dǎo)致電池的電壓下降，影響鋰電池的使用效能。

再來(lái)看一下金屬異物跟企業(yè)的關(guān)聯(lián)性，剛剛說混入大型金屬異物會(huì)立即造成電池的短路，產(chǎn)品生產(chǎn)出來(lái)就是不合格的產(chǎn)品，這對(duì)于企業(yè)有什么影響？肯定是影響了企業(yè)的生產(chǎn)成本。影響生產(chǎn)成本不說，有可能還會(huì)影響企業(yè)的生產(chǎn)計(jì)劃、供應(yīng)商的供貨計(jì)劃等等。如果是微小的金屬異物，它不會(huì)像大顆粒金屬異物會(huì)馬上短路，但是長(zhǎng)期的沖撞過程就會(huì)慢慢形成短路。如果說在微小異物當(dāng)中，數(shù)量比較多的話，還可能會(huì)加速短路的情況。

這種情況也會(huì)生產(chǎn)出隱性的不良產(chǎn)品，這種產(chǎn)品如果走進(jìn)市場(chǎng)，就會(huì)出現(xiàn)電池性能下降，將來(lái)會(huì)影響企業(yè)口碑之類的?；烊胧菢O微小的異物，它相對(duì)于微小異物，風(fēng)險(xiǎn)低一些。電池里面微小數(shù)量很多的話，離子化的速度可能會(huì)加快，這樣也會(huì)形成電池的不良性能。

能夠快速檢測(cè)金屬異物，對(duì)于企業(yè)來(lái)說是非常重要的。伴隨著鋰離子電池產(chǎn)業(yè)的快速成長(zhǎng)，還有電池產(chǎn)品產(chǎn)量的極速增加，對(duì)于金屬異物檢測(cè)需求也是與日俱增。日立公司從原來(lái)已有的X射線熒光設(shè)備當(dāng)中做了改進(jìn)，增加了一套透射X射線，在增加了投射X射線之后，有了一套快速應(yīng)對(duì)金屬異物的檢測(cè)，包括尺寸、數(shù)量、以及異物的元素分析的產(chǎn)品。

下面，我來(lái)簡(jiǎn)單的介紹一下這款產(chǎn)品。大家都知道X射線是一種電磁波，最大的特性就是具有穿透作用，首先可以通過投射X射線對(duì)樣品進(jìn)行投射，投射完了之后，就可以發(fā)現(xiàn)隱藏在樣品當(dāng)中的金屬異物。通過X射線光電效應(yīng)，不破壞樣品的情況下對(duì)樣品進(jìn)行元素分析，以此確定元素的異物成分。EA8000對(duì)鋰電池使用的隔膜、電極板和導(dǎo)電助劑進(jìn)行異物的檢測(cè)，下面我們來(lái)具體看看。

整個(gè)是反映了EA8000工作原理，首先是利用X射線的透徹技術(shù)，把樣品放在樣品臺(tái)上，通過投射X射線對(duì)樣品進(jìn)行掃描，掃描完了之后會(huì)出現(xiàn)什么信息呢？就會(huì)出現(xiàn)金屬異物的大?。ǔ叽纾?，以及在樣品當(dāng)中異物的數(shù)量、異物在電池的位置信息。會(huì)出現(xiàn)：異物位置、異物尺寸和異物的數(shù)量信息。再利用熒光部分，它對(duì)投射發(fā)現(xiàn)的每一個(gè)金屬異物點(diǎn)進(jìn)行熒光掃描，掃描完了之后，就會(huì)出現(xiàn)異物的元素成分的分析。最右邊就是EA8000的外觀圖。

這是測(cè)試隔膜的案例，我們可以把一張大約A4紙尺寸大小的隔膜，直接放在樣品臺(tái)上，讓ET進(jìn)行投射掃描。所畫的這么大的隔膜，大約只需要3分鐘左右。掃描完了之后再看綠色部分，這是發(fā)現(xiàn)的綠色異物點(diǎn)，不僅是異物的坐標(biāo)，還有異物的尺寸，還能看到隔膜上的異物數(shù)。測(cè)出來(lái)這些信息之后，然后對(duì)每一個(gè)異物進(jìn)行透徹掃描，投射之前會(huì)把異物尺寸以圖象的形式放大，放大完了之后就會(huì)進(jìn)行異物點(diǎn)的熒光掃描，掃描的同時(shí)就會(huì)產(chǎn)生輪廓圖，產(chǎn)生輪廓圖之后就會(huì)根據(jù)輪廓圖來(lái)識(shí)別異物點(diǎn)的元素成分。

下面這個(gè)是測(cè)量導(dǎo)電助劑的案例，可以取適量的導(dǎo)電助劑粉末，裝入塑料袋，再借助簡(jiǎn)單的工具在塑料袋里面攤平，直接就可以測(cè)量了。首先是投射X射線做投射，投射完了之后，所有的異物都會(huì)顯示出來(lái)，之后再用熒光X射線對(duì)異物點(diǎn)進(jìn)行單獨(dú)的掃描，之后就會(huì)出現(xiàn)輪廓圖，以及根據(jù)輪廓圖來(lái)識(shí)別異物點(diǎn)是包含哪些金屬元素。

下面這兩個(gè)圖是掃描過程當(dāng)中異物點(diǎn)的顏色和周圍分異物區(qū)域的區(qū)分，這是對(duì)正極板的測(cè)試，它能把極片直接放在樣品臺(tái)上掃描，就會(huì)掃描出異物，針對(duì)每一個(gè)異物做一個(gè)單獨(dú)的元素分析。接下來(lái)我們來(lái)了解一下EA8000應(yīng)用范圍，我們知道電池生產(chǎn)過程要經(jīng)過很多的工藝環(huán)節(jié)，EA8000可以從原材料入場(chǎng)進(jìn)行檢測(cè)，一直到層壓，整個(gè)工藝環(huán)節(jié)都可以使用EA8000，隨時(shí)都能進(jìn)行異物的檢測(cè)。

最后總結(jié)一下EA8000的應(yīng)用和使用效果，從前面的幾個(gè)測(cè)試案例當(dāng)中，我們可以了解到EA8000能從大的樣品面積當(dāng)中搜尋極微小的金屬異物，以此確定異物的元素和成分；它能對(duì)導(dǎo)電助積輕元素的粉末直接進(jìn)行檢測(cè)，也能把隱藏在粉末里面的金屬異物、大小、數(shù)量、元素成分同時(shí)給測(cè)出來(lái)；還能對(duì)電極板進(jìn)行異物檢測(cè)，也能得到元素的數(shù)量、尺寸和元素成分。

隨著電動(dòng)汽車市場(chǎng)的激速擴(kuò)大，為了滿足LIB的大量生產(chǎn)的品質(zhì)管理要求，EA8000能夠有效地、快速的應(yīng)對(duì)金屬異物的尺寸、數(shù)量、元素成分分析的應(yīng)對(duì)能力。

最后，我來(lái)介紹一下日立企業(yè)在本次展位展出的產(chǎn)品，首先是分析設(shè)備，包括我剛剛介紹的EA8000、X射線分析儀，還有熱分析儀、原子吸收分光廣度計(jì)；還有電子顯微鏡，包括掃描電鏡、投射電競(jìng)；還有電池制造設(shè)備：疊片機(jī)、組裝機(jī)、干燥房等等。我們的展位是7A98，歡迎大家蒞臨展位參觀、訪問和技術(shù)交流。

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