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動(dòng)力鋰離子電池系列一：正極材料解決方案
近幾年各國(guó)對(duì)“清潔排放”的追求，使新能源汽車獲得了高速的發(fā)展，由此帶動(dòng)了鋰離子電池的飛速發(fā)展。2019年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)更是頒給從事鋰離子電池研究的三位科學(xué)家——美國(guó)科學(xué)家約翰·古迪納夫、英裔美國(guó)科學(xué)家斯坦利·惠廷厄姆與日本科學(xué)家吉野彰。
當(dāng)前的動(dòng)力鋰離子電池包含多種關(guān)鍵性材料，無(wú)論是圓柱形、方形還是軟包電池，其結(jié)構(gòu)組成均與下圖類似。其中正極材料無(wú)論是成本還是分析項(xiàng)目，都占有較高的比重。
根據(jù)材料的不同，可將鋰離子電池分為鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰、鎳鈷錳（三元）型等，目前商品化的動(dòng)力鋰電池主要以磷酸鐵鋰和三元為主。
本系列將從動(dòng)力鋰電池的正極、負(fù)極、隔離膜、電解液的檢測(cè)以及電池電芯的失效分析等五個(gè)維度全面解析島津的完整解決方案與特色的應(yīng)用。
正極材料的完整解決方案
島津具備多種表征及測(cè)試設(shè)備，可幫助正極材料企業(yè)及電池企業(yè)應(yīng)對(duì)各種生產(chǎn)、質(zhì)量控制及研發(fā)的測(cè)試需求。
特色應(yīng)用
1、 聚集體、異物的檢測(cè)
正極材料，無(wú)論是磷酸鐵鋰還是NCM、NCA等三元材料，在材料企業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程中或者電池企業(yè)的使用過(guò)程中，不可避免地存在著聚集體或者外來(lái)的異物。這些異物的存在，對(duì)后續(xù)電池的性能、安全可能造成潛在的巨大危害。異物的檢測(cè)有多種手段，但無(wú)論是電子顯微鏡還是X-Ray等其他的方式，都有著成本過(guò)高不能較好地適應(yīng)環(huán)境多變的生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的缺點(diǎn)。
島津在2019年推出的新產(chǎn)品——動(dòng)態(tài)顆粒圖像分析系統(tǒng)iSpect DIA-10，其使用和維護(hù)的成本低，儀器靈敏度高且操作簡(jiǎn)單便捷，同時(shí)又具備皮實(shí)耐用等特點(diǎn)，尤其適合產(chǎn)線上用于測(cè)試三元正極材料的聚集體、異物等分析。
2、 元素含量的檢測(cè)及其分布的表征
電子探針顯微分析儀EPMA作為有效的分析工具，廣泛應(yīng)用于鋰離子電池各種材料的研發(fā)、制造工序的質(zhì)量管理、不良解析等方面。島津的電子探針顯微分析儀EPMA-8050G具備高空間分辨率、高靈敏度及高分辨率等特點(diǎn)，特別是針對(duì)超輕質(zhì)量數(shù)元素（可低至4Be）具有優(yōu)良的檢出能力。這些突出的特點(diǎn)，收獲了眾多正極材料制造商的認(rèn)可。以下的案例是使用EPMA-8050G表征正極截面活性物質(zhì)、粘合劑、導(dǎo)電助劑及電解質(zhì)的分布。
正極截面整體的元素面分析
（Al：集流體；Mn+O：活性物質(zhì)；F+P：電解質(zhì)支撐鹽；C+F：粘合劑；C：導(dǎo)電助劑）
正極截面放大后活性物質(zhì)的元素面分析
3、 顆粒物抗壓能力與性能關(guān)系的評(píng)價(jià)
當(dāng)前的正極材料，無(wú)論是磷酸鐵鋰還是NCM/NCA等三元材料，主流的方法都是高溫固相合成法，為了達(dá)到更佳的性能，一般來(lái)說(shuō)正極材料都是具有多孔的結(jié)構(gòu)。但孔隙率也是需要控制的，否則會(huì)造成材料結(jié)構(gòu)過(guò)于疏松從而在充放電循環(huán)當(dāng)中容易坍塌。
島津*的微小壓縮試驗(yàn)機(jī)（MCT）可針對(duì)單個(gè)顆粒進(jìn)行抗壓和回彈能力學(xué)性能的測(cè)試。另外該儀器可選配電阻測(cè)量組件及溫度控制系統(tǒng)，因此除獲得粒子的力學(xué)性能之外，還可以同時(shí)獲得顆粒的電阻-壓縮率關(guān)系、溫度-壓縮率關(guān)系等豐富的信息。結(jié)合BET、SEM、激光粒度儀等手段，可使獲得的正極材料顆粒物兼具更佳的性能和穩(wěn)定性。
