锂电池检测技术及应用研讨会 安全问题成重点

2019年3月26日，由仪器信息网主办的“锂离子电池检测技术及应用”主题网络研讨会线上召开，会议邀请9位锂离子电池领域科研专家、第三方检测机构及相关科学仪器生产商技术代表，以在线报告交流形式，同台共议锂电产业高速发展与安全问题凸显新形势下的“检测技术与锂电产业链”协同发展。

近来，锂离子电池在不断满足并加速普及数码产品、信息化电子产品的需求基础上，新能源汽车的快速发展，推动了动力电池的异军突起，我国已经成为全球最主要的锂离子电池生产国之一。在“新能源”、“战略新兴产业”标签背书之下，“高性能”与“安全”逐渐成为飞速发展锂电产业的两大关注焦点。两者相辅相成，其发展都离不开全方位检测技术在锂电研发、生产过程中的发挥的重要作用。

会议中，锂电科研专家、检测机构及仪器商技术代表分别从锂电技术痛点及对检测技术的需求、锂电检测市场的发展之路、锂电检测新技术及难点等与在线网友一一分享探讨，共同为我国锂电产业链的良性发展建言献策。

锂电科研专家：高性能与安全相辅相成，检测技术保驾护航

基础力学问题是制约锂电池发展和应用的瓶颈所在，但由于实验困难，对这些基础力学问题的研究还处于初级阶段。这些力学问题如锂电池在循环过程中电极材料反复嵌锂和脱锂会引起其体积反复膨胀和收缩，从而导致电极材料和固体电解质膜的疲劳断裂等。利用原位电镜技术，黄建宇研究组在锂电池纳米力学研究领域做出了一些原创性工作。在国际上率先制造出在高真空度电镜中工作的锂电池，发明了在原子尺度实时观察锂离子电池充放电过程的新技术，开创了原位纳米尺度电化学和纳米力学研究的新领域，为研究锂离子电池的关键性课题提供了有效的技术条件，发现了锂嵌入晶体硅的临界尺寸效应：当晶体硅的晶粒尺寸大于150nm时，锂嵌入晶体硅后会断裂并粉末化;但当硅晶粒尺寸小于150nm时，晶体硅颗粒就不会断裂或粉末化。这些研究结果为研发高能量密度、高功率密度、长寿命锂电池提供了坚实的科学基础。

褚卫国首先介绍锂离子电池发展趋势、典型锂离子电池正极纳米材料以及纳米技术提高锂离子电池电极材料性能的基本原理。通过几类锂电正极材料的研究实例说明各种表征方法在锂电正极材料研究中的作用，并构建结构-性能关系，为发展新型高性能锂电正极材料提供指导。最后对不同表征方法在锂电正极材料研究中的角色进行简单总结。最终结论包括，根据需要的信息选择适当的表征方法;多种表征方法联合;多角度选取表征方法，相互印证结果;表征技术在特定条件下与分析方法结合能够获取特定重要信息等。

锂电检测机构：锂电产业高速迭代之下，检测机构为锂电产业链赋能

苏州玛瑞柯测试科技有限公司定位于第三方锂电热特性和热安全测试分析并提供技术咨询服务。薛钢首先主要介绍锂离子电池的失效分类、锂离子电池失效原因、锂离子电池失效常见测试分析方法。常见失效测试分析方法包括成分、结构、形貌、价态、界面、电性能、热性能等。薛钢主要介绍了热性能分析中的加速量热仪(ARC)技术，即通过引入外部热源诱发锂电池的热失效，进而对造成电池失效的内部因素进行数据解析。该技术在锂电热失效中的应用主要包括材料热稳定性测试和电池热安全性测试。大量案例也表明，加速量热仪可以从材料层面和电池层面分别探索热失效的现象、特征和机理，进而对改进电池设计及性能提供量化数据支持。

近年来随着锂电池应用场景的日益多样化，锂电池安全问题也层出不穷。然而在锂电池安全事故发生后，国内目前却少有机构能对其进行深度的失效分析，找出其失效原因，并制定相应的预防性解决方案。锂电池的安全并非简单的电芯材料与结构问题，而是涉及到系统设计和使用环境的的综合性课题，并通常没有可以重复的操作流程，需要依据客户的案例情况定制分析方案。所以设计锂电安全性的失效分析对人才，设备以及团队的经验积累都提出了巨大的挑战。在此次报告中，周健结合系列实际技术案例，与大家探讨目前国内锂电池失效分析行业的机遇与挑战。具体案例包括CT无损分析观察电池内部结构变化、气质分析了解电池劣化机理、电池拆解确认电池失效模式、商用电池异常自放电根源研究等。

2018-2019年部分电动车起火事件，据不完全统计已经发生50余起!随着锂电市场的推动需求，安全检测已成为重中之重。韩广帅主要介绍了系列锂电失效整体解决方案，包括逆向分析流程、正向分析流程等。逆向分析流程包括外观/电位观察调整、气体抽取、电解液抽出、电池解体写真记录、非大气暴露分析等。正向分析则从正负极材料、隔膜、电解液角度，依次讲解了各自的综合检测方案。

仪器商：迎合需求，开发更多更广泛锂电解决方案

王志芳主要介绍了雷尼绍inVia显微拉曼光谱系统在锂电研究领域的应用案例。正极材料方面的应用包括微结构变化、材料改性、识别正极材料及循环产物等。负极材料应用包括评价锂电可逆容量、探测低浓度粘合剂、负极组分及分布、石墨负极劣化评价、探测低浓度粘合剂等。最后，关于联用技术方面，Raman-AFM联用技术在锂离子嵌入过程、高空间分辨率(纳米量级)下的拉曼成像等。

郝正明主要介绍了岛津锂电检测的原位检测技术。XRD原位分析技术——产品系列包括中端XRD-6100与高端XRD-7000。在锂电领域的应用包括高低温附件用于样品原位的变温物相分析。电池附件用于锂电电极材料充放电过程中物相分析等。SPM原位分析技术——SPM-9700HT和环境控制舱，应用案例包括原位加热隔膜样品、电化学液体池模拟电池内部电解液环境等。XPS原位分析技术——AxisSupra,全固态锂电利用XPS技术进行相关原位分析研究等。

王元飞首先介绍了锂电检测现行的先关检测标准。接着针对这些检测项目，具体介绍了安捷伦原子光谱产品技术在锂电检测领域的系列检测方案案例，包括：痕量杂质分析-易电离元素干扰消除、电解液直接进样+光谱干扰消除、主量元素分析等。

陈京一主要介绍了马尔文帕纳科XRD技术在电池研究中的应用情况。在正极材料研究中的应用包括物相鉴定及阳离子混排、PIETVELD结构精修计算离子混排等。在负极材料研究中应用包括石墨化度、石墨电极片取向性等。并介绍了马尔文帕纳科对分布函数(PDF)对全散射的分析，为电池材料精细结构及机理研究提供全新实验室方案，使得在XRD知其然的基础上，PDF实现知其所以然。