掃描電鏡是用于樣品微區(qū)形貌、結(jié)構(gòu)及成分的觀察和分析的儀器。電子槍發(fā)射的電子束在掃描電鏡鏡筒中，通過電磁透鏡聚焦和電場加速，入射到樣品表面，束電子與樣品原子核或核外電子發(fā)生多種相互作用，從而產(chǎn)生各種反映樣品特征的信號。這些信號包括：二次電子、背散射電子、X 射線等。其中，二次電子和背散射電子被相應(yīng)的探頭接收，即可獲得形貌信息；X 射線被能譜探頭接收并分析，即可獲得成分信息。
這可以有效的應(yīng)用在鋰電池行業(yè)的清潔度分析中。
01觸目驚心的電動自行車事故，是偶然嗎？
電動自行車引起的火災(zāi)并非偶然。根據(jù)國家消防救援局的統(tǒng)計(jì)，2022 年，全國電動自行車保有量為 3 億多輛且不斷增多，火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)持續(xù)上升，全年共接報(bào)電動自行車（電動助力車）火災(zāi) 1.8 萬起，比 2021 上升 23.4%，國家消防救援局提示，相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)予持續(xù)關(guān)注。但到了 2023 年，全國接報(bào)的電動自行車火災(zāi)數(shù)量繼續(xù)攀升，高達(dá) 2.1 萬起，相比 2022 年上升 17.4%。同時(shí)，數(shù)據(jù)顯示，有 80% 的電動自行車火災(zāi)是在充電時(shí)發(fā)生的，其中超過一半發(fā)生在夜間充電過程中。
02電動自行車和電動汽車，誰更安全？
電動車較核心也是較危險(xiǎn)的部件是電池，針對電池的安全要求，在 2015 年就推出了針對電動汽車的國家標(biāo)準(zhǔn)《電動汽車用動力蓄電池安全要求》，該標(biāo)準(zhǔn)在 2020 年又重新修訂。參與標(biāo)準(zhǔn)制定和修改的企業(yè)包括了寧德時(shí)代、國軒高科、天津力神等鋰電池大廠，也包括比亞迪、北汽、上汽、廣汽、吉利、長安、奇瑞、蔚來等大型車廠，以及中國汽車技術(shù)研究中心、中國電子科技集團(tuán)、工信部裝備發(fā)展中心等。可見整個(gè)產(chǎn)業(yè)和國家對電動汽車電池安全的重視程度
針對電動自行車的電池安全，直到 2022 年，才由工信部組織起草強(qiáng)制性國家標(biāo)準(zhǔn)《電動自行車用鋰離子蓄電池安全技術(shù)規(guī)范》，目前正處于審查階段，按計(jì)劃該國家標(biāo)準(zhǔn)將于 2024 年發(fā)布。
顯然電動自行車行業(yè)對電池安全的重視程度和研發(fā)投入水平，是遠(yuǎn)比不上電動汽車的。據(jù)市場監(jiān)管總局消息，2022 年，市場監(jiān)管總局組織開展了電動自行車和電動自行車電池產(chǎn)品質(zhì)量國家監(jiān)督抽查，共對 262 家企業(yè)生產(chǎn)的 295 批次產(chǎn)品進(jìn)行了檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn) 62 批次產(chǎn)品不合格，抽查不合格率為 21.0%。
圖片來源：市場監(jiān)管總局
03.為什么電動汽車更安全？
鋰電池生產(chǎn)是一個(gè)復(fù)雜的過程，從原材料、電信、模組、Pack 到最終的電池系統(tǒng)。鋰電池的生產(chǎn)過程主要可以分為以下幾個(gè)步驟：
01.正極材料的制備
通常使用的正極材料包括鋰鐵磷 (LiFePO)、鋰鎳鈷錳氧化物 (NCM)、鋰鈷氧化物 (LiCoO) 等。這一步涉及到的工藝包括混合原料、煅燒等，目的是制備出高性能的正極材料。
02.負(fù)極材料的制備
常見的負(fù)極材料有石墨、硅基材料等。制備過程可能包括球磨、熱處理等步驟，以得到具有優(yōu)良電化學(xué)性能的負(fù)極材料。
03.電解質(zhì)的配制
電解質(zhì)是鋰離子在正極和負(fù)極之間移動的媒介，通常是由鋰鹽溶解在有機(jī)溶劑中形成的。這一步驟需要精確控制電解質(zhì)的配比和純度。
04.隔膜的準(zhǔn)備
隔膜是電池內(nèi)部用來隔開正負(fù)極材料、同時(shí)允許鋰離子通過的薄膜。隔膜的材料、孔隙率和厚度都會影響到電池的性能。
05.電極片的制作
將制備好的正極材料、負(fù)極材料分別涂布在金屬集流體上（正極通常使用鋁箔，負(fù)極使用銅箔），然后進(jìn)行干燥和壓實(shí)，制成電極片。
06.電池組裝
在干凈的環(huán)境中，將正極片、負(fù)極片和隔膜按照一定順序疊加，并注入電解質(zhì)，最后封裝成電池。這一步驟可能包括堆疊、卷繞或折疊等不同的技術(shù)路線，具體取決于電池的設(shè)計(jì)。
07.封裝
電池組裝好后，需要在無塵環(huán)境下將電池芯體放入外殼中，并進(jìn)行封口，確保電池的密封性和安全性。
08.化成和老化
新制造的電池需要通過充放電循環(huán)的方式來激活，這一過程稱為化成。化成后的電池還需要經(jīng)過一段時(shí)間的老化測試，以確保其性能穩(wěn)定。
09.測試和分選
完成上述所有步驟后，每個(gè)電池都需要經(jīng)過一系列的性能測試，包括容量、內(nèi)阻、循環(huán)壽命等。根據(jù)測試結(jié)果，電池將被分選和分類，以滿足不同應(yīng)用的需求。
這個(gè)過程中，每一個(gè)步驟都對電池的最終性能有重要影響，因此需要精確控制和高標(biāo)準(zhǔn)的質(zhì)量管理。
同時(shí)，影響電池安全的因素也有很多，包括：熱穩(wěn)定性、金屬異物、負(fù)極析鋰、隔膜瑕疵、設(shè)計(jì) / 制造缺陷、極片變形 / 微短路等。
以金屬異物為例
鋰電池在生產(chǎn)過程中，金屬異物的混入是一個(gè)嚴(yán)重的質(zhì)量安全隱患，因?yàn)榻饘佼愇锟梢詫?dǎo)致電池短路，甚至引發(fā)熱失控和火災(zāi)。為了確保電池安全，針對金屬異物的檢測是非常重要的。目前，各大動力電池廠家都進(jìn)行了深入的研究。具體檢測方法包括：
a) 全自動光鏡統(tǒng)計(jì)法
金屬表面的物理特性決定了光線不能進(jìn)入金屬物質(zhì)，它會像鏡子般把所有入射光全部反射出去。入射光在經(jīng)由金屬表面反射后，其反射光與入射光具有相同的振動方向。如果反射光通過兩片平行的偏振片，金屬顆粒呈現(xiàn)亮色；如果反射光通過兩片垂直的偏振片，金屬顆粒呈現(xiàn)純黑色。
入射光在經(jīng)過非金屬物質(zhì)后，其振動方向會發(fā)生改變（主要原因是光可以射入非金屬物質(zhì)內(nèi)部），經(jīng)過非金屬物質(zhì)內(nèi)部后再出來的反射光不再具有偏振性，其方向也會發(fā)生改變。反射光通過平行和垂直的偏振片時(shí)，其亮度變化不大。
通過記錄、對比顆粒在不同偏振光下的圖片，而后鑒別出金屬和非金屬顆粒。
并非所有金屬顆粒都具有相同的危害性，例如，在對大量失效電池進(jìn)行拆解分析后發(fā)現(xiàn)，相對于不銹鋼，銅的危害性更高。主要是因?yàn)殂~離子更容易在負(fù)極析出，析出后的生長方式呈現(xiàn)枝晶狀，很容易刺穿隔膜。并且，銅的電導(dǎo)率比鐵高了一個(gè)數(shù)量級，一旦銅枝晶刺穿隔膜，極易導(dǎo)致電池內(nèi)部短路，進(jìn)一步導(dǎo)致電池過熱甚至起火。為了有效評估金屬顆粒的危害性，需要知道顆粒的詳細(xì)成分，而光學(xué)顯微鏡只能區(qū)分金屬和非金屬，但具體是哪類金屬則無從得知。這就需要借助電子顯微鏡。
b) 全自動電鏡統(tǒng)計(jì)法
飛納 ParticleX Battery 基于掃描電鏡+能譜法專業(yè)用于鋰電清潔度分析，采用 CeB6單晶體燈絲，測試壽命超過 2000 小時(shí)，可連續(xù)隔夜分析，無需頻繁更換燈絲。大樣品倉室，可視面積為 100×100 mm，可放置 4 片直徑 47mm 的圓形濾膜，樣品測試自動切換，生產(chǎn)工程師可以輕松實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控生產(chǎn)車間的質(zhì)量控制。
特殊顆粒詳細(xì)信息展示：
異物顆粒分類統(tǒng)計(jì)：
ParticleX Battery
如果您對全自動鋰電清潔度分析感興趣，歡迎詳聊。
光鏡法和電鏡法作為一種可視化的方法，只能觀察材料表面，對于材料內(nèi)部的特征，則需要借助顯微CT。
c) 顯微 CT 法
顯微計(jì)算機(jī)斷層掃描（Micro-CT）是一種非破壞性檢測技術(shù)，能夠提供物體內(nèi)部的三維圖像。在鋰電池領(lǐng)域，顯微 CT 可以用來檢測和分析電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)，包括檢測內(nèi)部的金屬異物。這種方法對于理解電池的內(nèi)部機(jī)理、評估電池的質(zhì)量以及提高電池的安全性具有重要價(jià)值。
04.要怎么做
01.國家
多年來，我國缺少電動自行車鋰電池強(qiáng)制性國家標(biāo)準(zhǔn)，鋰電池質(zhì)量參差不齊，導(dǎo)致安全事故頻發(fā)。為從源頭防范事故發(fā)生，提高和完善電池安全標(biāo)準(zhǔn)刻不容緩。
2022 年由工業(yè)和信息化部組織起草的強(qiáng)制性國家標(biāo)準(zhǔn)《電動自行車用鋰離子蓄電池安全技術(shù)規(guī)范》已經(jīng)完成了起草和征求意見階段，目前正處于審查階段。希望這項(xiàng)強(qiáng)制性國家標(biāo)準(zhǔn)盡快發(fā)布實(shí)施，并嚴(yán)格執(zhí)行。
02.企業(yè)
希望給電動自行車提供鋰電池的廠家能夠參考電動汽車鋰電池生產(chǎn)安全規(guī)范，借鑒同行業(yè)更先進(jìn)的檢測方法和檢測標(biāo)準(zhǔn)。提升產(chǎn)品的安全性，降低產(chǎn)品不良品率。
03.個(gè)人
提升安全意識，做到以下幾點(diǎn)：
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