AZtecBattery在锂离子电池清洁度检测中的应用

背景

在全球范围内，新能源汽车受到了广泛的关注，多国纷纷推出支持政策。据报道，2021年上半年，中国市场新能源汽车销量突破100万辆，追平2020年的全年销量。受新能源汽车市场的推动，新能源汽车的重要部件——锂离子电池行业发展迅猛。

另一方面，偶发的起火事故使汽车厂商和电池供应商比以前更重视锂离子电池的安全性能。控制杂质尤其是金属颗粒（如铁、铜）的含量是提高锂离子电池安全性能的重要举措之一。锂离子电池的核心组成部分——正极和负极材料中混入金属杂质是极其危险的。在极片滚压生产中，尖锐的金属颗粒可能会刺穿隔膜，直接导致失效。电池制成后，极片局部区域富集的金属元素可能会加速电池反应，长期循环后会造成难以预测的后果。因此，锂离子电池原料的品质控制和生产环境监测就显得尤为重要。

正文

目前，对锂离子电池清洁度的检测方法包括化学法、光学法和显微分析法。化学法将样品溶解，分析控制元素的平均浓度。虽然控制元素的浓度低于要求，但它可能是以有害的颗粒形态存在。此外，杂质的形貌特征在化学消解过程中丢失，不利于溯源。光学法仅能区分金属和非金属颗粒，无法获取成分信息。显微分析法是在扫描电子显微镜（SEM）上配置能谱仪（EDS），通过BSE图像中的成分衬度找到金属颗粒，然后通过EDS获取准确的成分信息。然而，手动检索效率低下，容易出错，无法满足生产线上的质检需求。在锂离子电池清洁度检测需求的驱动下，基于SEM-EDS功能、用于锂离子电池清洁度检测的自动分析工具——AZtecBattery应运而生。

AZtecBattery的基本工作原理如下：

图1  AZtecBattery的基本原理

设置5个视场进行采集，过程如图2所示，采用大面积晶体的探测器，在极短时间内就完成了所有颗粒物的形态、成分分析，井依据分类方案实时显示不同类型颗粒的数量及分布。

图2  AZtecBattery工作时单个视场的信号采集过程

AZtecBatterγ操作简单、流畅、高效。以一个锂离子电池清洁度样品为例，该样品收集到的颗粒分散在碳胶带表面。作者使用AZtecBatterγ采集了面积为485mm^2（直径约为25mm）的区域，如图3所示。该区域由324个视场组成，采集耗时56分钟，检测到1915个等效圆直径大于5µm的颗粒物。