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“挑刺”專家—奧林巴斯DSX系列數(shù)碼顯微鏡

鋰離子電池作為21世紀發(fā)展的理想能源,受到越來越多的關(guān)注。但鋰離子電池在生產(chǎn)、運輸、使用過程中會出現(xiàn)某些失效現(xiàn)象,而且單一電池失效之后會影響整個電池組的性能和可靠性,甚至會導致電池組停止工作或其他**問題。近年來電動汽車頻發(fā)的起火事故,引發(fā)大規(guī)模召回,責任主體波及國內(nèi)外制造商與電池企業(yè)。不僅讓涉事企業(yè)品牌形象受損,電池企業(yè)亦被要求承擔召回或更換電池的巨額費用。
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常見的電動汽車鋰電池主要以磷酸鐵鋰、錳酸鋰和三元鋰電池為主,動力鋰電池與我們常見的電池一樣也分為正負兩極,其中所有的鋰離子都被保存到正極,而負極則是由石墨(碳)組成,在正負兩極之間則包括了電解液和隔膜。動力鋰電池的放電過程就是鋰離子從負極到正極的移動過程,而通過鋰電池的放電來為各種設(shè)備提供運行所需的電能。
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鋰電池失效成因

鋰電池失效現(xiàn)象分為顯性和隱性兩部分。顯性指的是直接可觀測的表現(xiàn)和特征,例如失效現(xiàn)場出現(xiàn)并可通過粗視分析觀察到的表面結(jié)構(gòu)破碎和形變,包括起火燃燒、發(fā)熱、鼓脹(產(chǎn)氣)、變形、漏液、封裝材料破損及畸變、封裝材料毛刺、虛焊或漏焊、塑料材質(zhì)熔化變形等。隱性指的是不能直接觀測而需要通過拆解、分析后得到的或者是模擬實驗中所展現(xiàn)的表現(xiàn)和特征,例如通過實驗室拆解檢測到的微觀失效等。

鋰電池失效過程中常有的隱性失效現(xiàn)象有正負極內(nèi)短路、析鋰、極片掉粉、隔膜老化、隔膜阻塞、隔膜刺穿、電解液干涸、電解液變性失效、負極溶解、過渡金屬析出(含析銅)、極片毛刺、卷繞(或疊片)異常、容量跳水、電壓異常、電阻過高、循環(huán)壽命異常、高/低溫性能異常等。

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奧林巴斯DSX系列數(shù)碼顯微鏡顯微鏡涵蓋20-8200X的放大倍率,還可以利用該數(shù)碼顯微鏡的六種觀察方法,對各種樣品進行觀察與測量。顯微鏡頭部和載物臺可以分別進行± 90°的自由角度調(diào)節(jié),從而滿足對各種復雜外形樣品的任意角度觀察。

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數(shù)碼顯微系統(tǒng)在鋰電池檢測應(yīng)用


鋰電池極片上的毛刺會使得隔膜破損,導致電芯內(nèi)部短路而報廢,嚴重者還可能會出現(xiàn)**問題。因此,鋰電池極片的毛刺檢測便顯現(xiàn)的尤為重要。
DSX1000檢測極片毛刺一般流程:先采用100倍實時觀察極片狀況,異常區(qū)域進一步切換300倍、500倍、1000倍或更高倍率進行毛刺判定與測量。

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除毛刺檢測外,還廣泛應(yīng)用于極片缺陷分析、激光切割極片熔珠檢測、銅箔銅屑檢測、軟包電池檢測、隔膜殘留和異物檢測、注液口蓋帽表面分析及刀具檢測等多個檢測工序。


極片缺陷分析

極片開裂、掉料或偏移,極片表面多孔洞或疏松,將造成鋰電池能量密度降低,且容易引發(fā)**隱患。DSX1000通過300倍觀察極片,發(fā)現(xiàn)極片缺陷。

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上:極片開裂檢測;中:極片掉料檢測;下:極片斷層檢測


激光切割極片熔珠檢測

激光切割技術(shù)通過高功率密度激光束照射切割的電池極片,局部溫度快速加熱至很高的溫度,迅速融化、汽化、燒蝕或達到燃點而形成孔洞。而隨著光束在極片上移動,孔洞連續(xù)形成寬度很窄的切縫,完成對極片的切割。但伴隨而來的問題是:巨大的激光熱影響片區(qū)及熔珠的產(chǎn)生。

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上:300X;下:1400X

銅箔檢測

負極基材銅箔在生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生掉粉,采取專用膠帶粘黏,在顯微鏡下進行觀測分析。

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軟包電池檢測

制成的電池中極片相對位置的檢測,查驗疊片工藝中極片是否出現(xiàn)錯位。一旦錯位數(shù)值超出一定比例,便會導致失效。

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隔膜殘留和異物檢測

在失效分析過程中隔膜上會出現(xiàn)殘留、異物、缺陷等,從而需要進一步檢測分析。

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電池注液口蓋帽表面鋁屑檢測

注液口的封裝蓋帽是鋁制材料,在加工過程中可能會有鋁屑的掉落,導致穿刺等危害存在,從而引發(fā)**事故的發(fā)生。

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左:蓋帽3D模型分析;右:表面顆粒檢測


定制化平臺

常規(guī)檢測中經(jīng)常會碰到大尺寸樣品,尤其是極片的毛刺檢測中,都是截取一段極片,從頭檢測至尾,因此我們可以提供大平臺的定制。此類方案已經(jīng)非常成熟地在動力電池領(lǐng)域規(guī)模應(yīng)用。

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通過上述的檢測應(yīng)用我們可以看出奧林巴斯DSX系列數(shù)碼顯微鏡堪稱“挑刺”專家!

DSX1000數(shù)碼顯微鏡易于使用,并提供一些自動化功能,從而可確保經(jīng)驗豐富的操作人員和剛?cè)胄械某鯇W新手都能快速、準確地檢測和分析樣品。如果將數(shù)碼顯微鏡與我們的圖像分析軟件配套使用,還可以進一步提高檢測工作流程的速度和效率。