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島津CT助力鋰離子動力電池檢測

自2018年下半年以來,新能源汽車屢屢發生起火、自燃等動力電池安全事故,嚴重影響了消費者對新能源汽車的使用信心。前不久,工信部就新能源汽車動力鋰電池產品質量安全問題約談了多家新能源公司,要求對已銷售的產品開展自查自糾,針對產品質量問題提出對策,并對動力電池的研發、生產、檢測和售后等各環節進行系統梳理和整頓優化。監管機構對于新能源行業的安全提出了更高要求,提升汽車動力鋰電池安全迫在眉睫。

 

 

      島津X射線微焦點CT對汽車動力電池從正負極材料到裝配好的電池都可以實行無損檢測,觀察正、負極材料內部結構,確認顆粒尺寸分布,助推研發和品質管控,也可以實現在充放電過程中進行原位測試,便于實行工藝優化和控制。

 鋰離子電池電極3D像

本文展示島津CT在正極材料和負極材料觀測和尺寸測量方面的應用,是為上篇。下篇將展示島津CT在成品電池觀測方面的應用,以及充放電時的原位觀測。

正負極材料CT觀察

汽車動力鋰電池原材料現有主材主要有四種:正極材料、負極材料、隔離膜和電解液。X射線微焦點CT對汽車動力鋰電池原材料分析中,能夠清晰觀察正、負極材料內部結構及測量尺寸,輕松確認組成顆粒的大小、顆粒大小的變化和厚度等。而正、負極材料中的顆粒尺寸大小、物相是否均一、粉體粒徑的大小及分布是否均勻決定了動力鋰電池的性能,因此用X射線微焦點CT觀察正、負極材料變得尤為重要。

島津inspeXio SMX-100CT

正極材料觀察及分析

通過掃描一塊長寬約為2mm的正方形的正極材料,得到MPR(多平面重建)圖像(圖1),可以觀察出正極材料具有顆粒狀結構。

圖1  正極MPR圖像

再通過軟件對其尺寸測量,如圖2所示,表明組成顆粒大小都約為20μm,再通過3D圖像(圖3)顯示可以確認正極具有分層的結構。

                                             圖2  正極尺寸測量圖像                                       圖3 正極3D  

負極材料觀察及分析

同樣通過掃描一塊長寬約為2mm的正方形的負極材料,得到MPR(多平面重建)圖像(圖4),可以觀察出負極材料具有魚鱗片狀結構。

圖4 負極MPR圖像

再通過軟件對其尺寸測量,如圖5所示,最大的石墨片長度約為100μm。圖6所示是負極的CT圖像3D顯示效果。在該圖中,石墨被涂成藍色,以區別于黃色的銅箔。通過這種方式,可以通過3D顯示效果來三維觀察負極。

                                                 圖5 負極尺寸測量圖像                                      圖6 負極3D圖像

 

島津微焦點X射線CT能夠無損觀察物品的內部結構。因此,可用于分析有缺陷的電池、比較合格和不合格的電池、比較充電或放電前后的電池狀態、評估循環測試期間的電池內部結構的變化等。在此示例中,使用了inspeXio SMX-100CT微焦點X射線CT系統觀察可充電鋰離子電池中的電極,并進行顆粒尺寸測量,進而為工藝優化及質量控制提供科學可靠的指導。