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梅賽德斯-奔馳聯合研究:減少鋰電生產過程中雜質顆粒的 4 種方法

發布時間: 2023-11-27  點擊次數: 705次

Nature Energy|梅賽德斯-奔馳聯合研究成果:減少鋰電池生產過程中雜質顆粒的 4 種方法

目前,盡管在實驗室研究的鋰離子電池材料的研發已經取得巨大進展,但是從實驗室幾克材料的合成,到千克、以及噸級大規模生產,還存在許多質量控制的盲點。本文作者重點關注下一代鋰離子和鋰金屬電池,分別從電池的原材料、正負極加工工藝、超輕量集流體、以及電池生產過程中的清潔度把控(鋰電池清潔度分析)等方面出發,給出了鋰電池大規模量產的機遇和挑戰。


這一研究成果《鋰電池從實驗室研究到大規模量產》,由太平洋西北國家實驗室、華盛頓大學、賓夕法尼亞州立大學和梅賽德斯 - 奔馳北美研發公司以及賽默飛世爾科技共同完成,并發表在國際頂級期刊《nature energy》上。



文章解讀


文中在“對鋰電池原材料和生產過程的表征"部分指出,為了實現可控且高品質的電池材料生產,先進的表征手段在這個過程中非常關鍵。品質把控包括原材料、電極形貌和成分、以及表面處理等眾多步驟。



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在品質把控的過程中,來料中有 2 類金屬雜質對于電池性能危害最為嚴重。一種是非磁性顆粒,比如銅 (Cu)、鋅 (Zn) 類。另一種是磁性顆粒,比如鐵 (Fe)、鉻 (Cr)、鎳 (Ni) 以及合金顆粒。


目前電池制造商們主要采用以下 4 種策略來減少生產過程中的雜質顆粒。



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對原料進行嚴格的品質把控

  策略一  

這一過程可以借助電感耦合等離子體發射光譜儀、光學顯微鏡和掃描電鏡(ParticleX Battery 鋰電清潔度檢測系統),來識別原材料的雜質顆粒并分析其成分,這些方法對于磁性顆粒和非磁性顆粒都具有適用性。


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使用 ParticleX Battery 鋰電清潔度檢測系統,識別到的磁性和非磁性異物顆粒


某些生產環節加入除磁步驟

策略二

生產工藝中(如攪拌池),添加除磁工藝,以去除磁性顆粒物。



監測生產車間的環境清潔度


  策略三  

生產車間中任何金屬零件的磨損,都有可能產生異物顆粒,都會影響生產環境的清潔度。這一過程可以使用光學顯微鏡和掃描電鏡(PaticleX Battery 鋰電清潔度檢測系統)來追溯污染來源。


生產設備的金屬表面涂覆防護涂層


  策略四  

比如在金屬儲罐表面涂覆聚四氟乙烯涂層,以減少漿料中混入金屬碎片的風險。


ParticleX Battery 全自動鋰電清潔度檢測系統 /

文中使用掃描電鏡進行的清潔度檢測,正是使用飛納電鏡的 ParticleX Battery 鋰電清潔度系統完成的。鋰電池中金屬異物可能導致嚴重的安全事故,對金屬異物的管控也已經成為行業共識。


飛納電鏡 ParticleX Battery 全自動鋰電清潔度分析系統,從異物顆粒的圖像出發,結合顆粒的能譜(成分)信息,可以自動識別、分析和統計銅(Cu)、鋅(Zn)、鐵(Fe)等金屬異物,進而幫助準確分析異物來源,改善生產條件,減少安全事故的發生。


- 自動雜質顆粒識別

- 自動高清圖像采集

- 自動能譜成分分析

- 自動雜質顆粒分類





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