电池放电仪

近几年中国锂电池的出货量持续增长，对电池的各种研究也在不断深入。锂离子电池充电后，其中的活性物质会发生体积膨胀，原位表征技术成为分析工作中的重要手段。这种变化有时并不显著，利用原位CT可以捕获微小变化的差异，让分析工作更加简单，品质管理更科学可靠。 小型锂电池外观电池整体的断面图像图中可见，间隙部分的增大。 放、充电后电池各层电极将放、充电后电池各层电极的图像进行对比，可见电极厚度上有微小膨胀，最终导致整体厚度的增加。 岛津微焦点X射线CT系统 inspeXio SMX-225CT FPD HR Plus——一款支持锂电池充放电试验的微焦点CTinspeXioSMX-225CTFPDHRPlus（可搭载充放电系统） • 人性化操作的理念贯穿整个设计。即使CT试验的步骤简化到三步，依然能拍摄出高质量的数据。• 维护保养简便易行，让设备的使用无后顾之忧。 本文内容非商业广告，仅供专业人士参考。

根据标准制修订计划，相关标准化技术组织已完成《锂离子电池和电池组充放电测试设备规范》等45项行业标准和《锂离子电池组安全设计指南》等73项国家标准的制修订工作。在以上标准批准发布之前，为进一步听取社会各界意见，现予以公示，截止日期2022年5月26日。以上标准报批稿请登录中国电子工业标准化技术协会网站（www.cesa.cn）“标准报批公示”栏目阅览，并反馈意见。公示时间：2022年4月27日－2022年5月26日附件：1.45项电子行业标准名称及主要内容2.73项推荐性国家标准名称及主要内容工业和信息化部科技司2022年4月27日

作者：RenataLewandowska,MiyokoOkada,TomokoNumata翻译：文军锂离子电池成就的奇迹谈起新能源汽车，就不得不说美国的“特斯拉汽车公司”，目前其打造的纯电动车采用为先进的锂离子能量存储，理论上48万公里行驶后电池衰减比例仅有5%。而其所配备的能量再生制动系统则可在车子减速时为锂离子电池组充电，使得车子在行走途中就可获得能量的补给。特斯拉MODEL 3可以说锂电池技术的发展不仅将特斯拉的新能源汽车变成了现实，创造了奇迹，更成就了特斯拉汽车公司CEO埃隆马斯克成为继乔布斯外第二个全球科技狂人。2017年5月9日，《时代》杂志发布了2017年“科技领域有影响的20人”榜单，埃隆马斯克上榜。随着对动力需求的不断增长和日趋复杂化，如何提高锂离子电池的性能始终是锂电池领域各厂家致力于突破的一个非常重要的课题。令人欣喜的是，激光拉曼光谱技术被越来越多的研究人员用于该领域的探索和突破。这种非接触的快速分析技术，能够直接分析材料中的结构变化，而不对材料产生影响。拉曼光谱技术已经被用作锂电池在充放电循环过程中的实时的原位分析，从而实现标准分析，包括材料结构和电子属性、耐久性，以及自动质量控制测试等。此外，新的研究还表明：拉曼光谱可以用于研究这些电池生命周期的各个阶段，诸如复杂体系中的新材料的表征、故障分析等。因篇幅有限，今天，本文重点为您揭示显微拉曼光谱在锂电池充放电过程中对正材料和负材料是如何进行分析的。 ▎如何分析?锂离子电池充放电过程中，锂离子经由电解液在两电之间穿梭，会带来两个电材料的结构变化。理想状态之下，这些变化都是可逆的。但是在实际情况中，充放电过程会给电池的正负电造成某些不可逆转的变化。那么它们的变化是怎样的？让我们通过拉曼光谱的“正分析”与“负分析”一窥究竟吧。01正分析锂离子电池常用的正材料是层状的锂钴氧（LiCoO2，LCO）材料。在充放电过程中，锂离子在层状的氧化钴八面体结构中重复地进行着插入—脱出过程。研究表明，电池过放电会导致氧化钴层的不可逆转的分解，成为氧化钴(CoO)和氧化锂(Li2O)；而电池过充电则会导致LiCoO2转变成二氧化钴（CoO2）。所有这些变化都可以利用拉曼光谱进行观察。如下图1所示，拉曼光谱特征峰（橙色）属于锂钴氧正，而拉曼光谱谱线（红色）显示出了属于二氧化钴（CoO2）的特征峰。图1.正材料中有无CoO2的光谱区别.下图2是经历了一次充放电循环过程后，正材料的拉曼成像结果，拉曼成像清楚显示出了二氧化钴（CoO2）的存在，佐证了电池发生过充。图2. 经历了一次充放电循环过程后的锂钴氧正材料的拉曼成像蓝色对应非晶态碳，橙色对应锂钴氧，红色点对应不同浓度二氧化钴除了上述佐证正材料过充现象的存在，研究人员还利用拉曼光谱去寻找和研究新的正材料，比如不同种类的锂-过渡金属混合氧化物，如Li(Ni, Mn, Co)O2，LiMn2O4，这是目前研究的热点材料。这些材料各自具有不同的拉曼光谱特征峰，如下图3所示，拉曼光谱可为新型电材料研究提供技术支持。图3. LiCoO2、Li(Ni, Mn, Co)O2，LiMn2O4，Li2TiO3的拉曼光谱图02负分析锂离子电池常用的负材料是石墨，经过反复充放电循环以后，石墨电会发生退化。在石墨的拉曼光谱中，D峰和G峰的相对强度ID/IG比值与石墨电结构的损坏有着密切的关系。随着石墨电结构的退化，D峰的强度不断增加。在下图4中我们可以看出相对强度的变化。图5的拉曼成像中，可以清楚地看到石墨电结构的变化。图4. 具有不同相对比值ID/IG的石墨正材料的拉曼光谱图5. 石墨负经历一个充放电循环之后的拉曼成像：蓝色区域对应于缺陷较少的石墨，深蓝色区域对应于缺陷较多的石墨，橙色区域对应于树脂粘结剂。 ▎总结和展望由于拉曼光谱能够应对锂离子电池各类研发的需求，并满足在线自动质量控制的要求，因而借助拉曼光谱的探索，锂离子电池必将能够发挥出更大的“能量”。如果您对本文案例感兴趣，欢迎您点击识别下方二维码索取详细文章。 在下一篇文章中，我们将为您介绍拉曼光谱在锂电池充放电过程中对电解液如何进行分析，带您了解该项技术的其他应用，欢迎您的关注。手机识别二维码 阅读原文后，小编欢迎您留言说说看，您身边的锂电池应用都有哪些？特斯拉你已经开起来了吗？ ▎延伸阅读R. Baddour-Hadjean and J.-P. Pereira-Ramos, Chem. Rev., 110 (2010)1278–1319.V. A. Sethuraman, L. J. Hardwick, V. Srinivasan, R. Kostecki, Journal of Power Sources, 195 (2010) 3655–3660.R. Kostecki, J. Lei, F. McLarnon, J. Shim, K. Striebel, J. Electrochem.Soc., 153 (2006) A669-A672.R. Kostecki, X. Zhang, P.N. Ross Jr., F. Kong, S. Sloop, J.B. Kerr, K.Striebel, E. Cairns, F. McLarnon, F., report LBNL-48359, DOI:10.2172/861953.Paul Scherrer Institute, http://www.psi.ch/lec/electrochemical-energy-storage.Berkley Energy Storage & Conversion for Transportation and Re-newablesProgram, http://bestar.lbl.gov/HORIBA科学仪器事业部结合旗下具有近 200 多年发展历史的 Jobin Yvon 光学光谱技术，HORIBA Scientific 致力于为科研及工业用户提供先进的检测和分析工具及解决方案。如：光学光谱、分子光谱、元素分析、材料表征及表面分析等先进检测技术。今天HORIBA 的高品质科学仪器已经成为全球科研、各行业研发及质量控制的首选。

目前，锂离子电池电芯与模组正朝着超大容量，高度集成化方向发展，锂离子电池生产企业，系统集成商和主机厂为了获得更高的体积能量密度，正从100Ah电芯逐渐切换到200Ah以上大容量电芯，此外刀片电池，CTP，CTC技术以及4680型电池的广泛应用，对现有检测设备的测试能力提出新的极限挑战。基于联合Nissan，英国华威大学(WMG)和Element Energy参与由英国商业、能源和工业战略部主导的”英国能源存储实验室”项目，AMETEK(普林斯顿及输力强电化学)公司开发了新一代大容量动力电池评估系统。输力强分析的SI-9300R，是一套针对动力电池开发，测试，诊断和梯次利用分级筛选的一站式多通道电池评估系统，适用于多种不同类型电池的分析，并具有无与伦比的超高精度，测量和快速诊断能力。 动力电池开发-测试-分析-分级 动力电池对高比容量、快速充电和长寿命等特性的需求，使得电池测量面临着更大的挑战。在对动力电池测试设备市场深入分析，对动力电池和电动汽车生产企业需求的充分了解的基础上, Solartron Analytical开发出一整套针对动力电池开发，测量，分析和分级的系统解决方案。 SI-9300R 五大技术特点 1.超大容量电流量程：2A-300A200A连续，300A脉冲并联可达到1000A可以满足各种类型的单体动力电池及模组的测试需要，不仅可以满足传统的18650，21700等类型的圆柱型电池，同时可以满足日益增长的高容量软包及方形动力电池测试。 2.超高精度• 24-位高精度ADCs• 磁通量电流传感器-高精度低热漂移• 高精度电流电压测量：0.03%• 高精度阻抗测试：0.1%, 0.1deg可满足动力电池在开发，测试，分析，分级等复杂应用场景下的差异性测试需求3.超强能力随着对动力电池安全及性能的要求越来越高，如何在满足常规直流测试的前提下，同时实现动力电池电化学性能快速精确测量呢？交直流同步测试，一站式完成，无需切换接线，确保人机安全。集充放电技术，电化学测试技术于一身，可提供如线性循环伏安，线性扫描，恒电流，恒电压，恒功率恒电阻和HPC(高精度库伦法)等全套动力电池测试技术。 每通道标配交流阻抗功能，可完成动力电池在充放电过程中的动态EIS分析，模拟实际工况下的使用状态。每通道标配两个辅助分压功能，可同时同步监测单体电池中正负极或串联模组中的单体及总体响应。快速进行正负极或单体失效分析。 4.全新技术专利数据直存硬盘技术–保证系统的可靠性和数据安全性电网回馈式–多余电能回馈电网不会产生热能损耗体积小，节约空间通道电能共享–放电电能将用于对其他电池充电-优化电能使用，节能环保，减少碳排放。实时数据分析–测试时可进行实时DC/EIS数据分析, 实时诊断电池性能。 5.超快SoH诊断基于9300R强大的充放电仪叠加交流阻抗功能，及灵活开放的软件界面，可开发出动力电池快速SoH(健康状态)诊断功能。全球首个成功案例，输力强通过与英国华威大学合作，使用9300R ，针对NISSAN LEAF的退役动力电池模组开发出SoH专利算法，仅仅3分钟之内即可分析出电池的SoH，且其误差为+/-3%，远高于传统的直流方法。 这为动力电池梯次利用，分级筛选提供了高可靠性，巨大经济性的解决方案。 “工欲善其事，必先利其器“，输力强作为全球超高精度，超高可靠性的动力电池，研发，测试，分析和分级的领先品牌，一直持续致力于为广大科研用户提供最先进的技术解决方案。

电动汽车电池及充放电标准将在“十二五”期间出台 　　电动汽车换电池只需一分钟 　　全国政协委员、中国工程院院士、东北电网有限公司名誉总工程师黄其励在全国两会期间透露，目前国家电网正在研究电动汽车充电、电池生产等相关标准，预计将在“十二五”期间出台。 　　据悉，为了发展新能源汽车，目前各省市都计划或试点建设了充电站和充电桩。但是电动汽车充电需要时间，快速充电要10分钟，正常充电要1个小时。因此国家电网正在研究汽车充电换电池的方案及相关标准，但这首先需要全国出台相关的统一标准。 　　黄其励说，对于充电站来说，电动汽车的电池可以统一进行充电，充电的时间也可以灵活掌握，比方可以在全国用电低谷的时候充电。对于汽车用户来说，只需要把原来的电池卸下来，把充满电的电池再装上去就行，1分钟之内就可以换好电池，会比加油还简单。 　　据悉，充电、换电池的工作现在由哪个部门来负责尚未确定，但大家普遍认为由电力公司来统一操作比较合适。黄其励认为，电动汽车充电可换电池的相关国家标准只要一出台，电动汽车的发展就会非常快了。 　　据介绍，现在推广电动汽车最大的问题就是电池造价问题。“刚开始可能电池的价格会比较高，一般家庭买不起。但政府可以适当给予一些补助，鼓励购买新能源汽车，情况就会好起来。”黄其励说。

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固态电池是一种使用固态电解质替代传统液态电解质的电池，其电解质可以是聚合物、氧化物、硫化物等多种材料。固态电池的结构主要包括正极、负极、电解质和隔膜四部分。与液态电池相比，固态电池具有更高的安全性、更大的能量密度和更长的寿命。来源：《中国固态电池行业研究报告》，前瞻产业研究院固态电池的工作原理与液态电池类似，都是通过正负极之间的离子传递来实现电荷的存储与释放。在充电过程中，正极释放电子，负极吸收电子，同时离子从正极向负极移动，嵌入负极材料中；在放电过程中，电子从负极流向正极，离子从负极向正极移动，释放出储存的能量。工作原理上，固态锂电池和传统的锂电池并无区别。两者最主要的区别在于固态电池电解质为固态，相当于锂离子迁移的场所转到了固态的电解质中。而随着正极材料的持续升级，固态电解质能够做出较好的适配，有利于提升电池系统的能量密度。另外，固态电解质的绝缘性使得其良好地将电池正极与负极阻隔，避免正负极接触产生短路的同时能充当隔膜的功能。固态电池的优势安全性：固态电池采用固态电解质，可以有效防止电池内部短路和漏液，降低热失控风险。同时，固态电解质的化学稳定性较好，不易燃烧，因此在高温、撞击等极端条件下，固态电池的安全性明显优于液态电池。能量密度：固态电池具有较高的能量密度，一方面是因为固态电解质可以承受更高的电化学窗口，使得电池可以使用更高电压的正极材料；另一方面，固态电池可以采用更薄、更轻的隔膜和集流体，减轻电池重量，提高能量密度。寿命：固态电池的寿命较长，一方面是因为固态电解质可以有效抑制电池内部副反应，降低自放电速率；另一方面，固态电池的充放电循环稳定性较好，可以承受更多的充放电次数。来源：《全固态电池技术的研究现状与展望》，许晓雄固态电池的挑战1、固态电解质材料研究目前，固态电解质材料的研究尚不充分，需要进一步优化和筛选具有良好离子导电性、机械强度和化学稳定性的材料。此外，固态电解质与电极材料的界面问题也需要解决，以提高电池的性能。2、制造成本固态电池的制造成本较高，主要原因是固态电解质和电极材料的制备工艺复杂，且生产规模较小。此外，固态电池的生产设备和技术也与传统液态电池有所不同，需要投入大量资金进行研发和产业化。3、充放电速率固态电池的充放电速率相对较慢，主要受限于固态电解质的离子导电性。提高充放电速率需要进一步优化固态电解质材料，以及开发新型电极材料和结构。固态电池的国际竞争势态美国在固态电池领域具有较强的研发实力，拥有多家知名企业和研究机构，如QuantumScape、Solid Power、Ionic Materials等。美国政府也高度重视固态电池技术，将其列为国家战略项目，投入大量资金支持相关研究。欧洲在固态电池领域同样具有较强的竞争力，拥有多家知名企业和研究机构，如德国的Varta、比利时的Solvay等。欧洲联盟也推出了“欧洲电池联盟”计划，旨在推动固态电池技术的发展和产业化。日本在固态电池领域具有领先地位，拥有全球最大的固态电池制造商丰田和全球领先的电池材料供应商村田制作所。日本政府和企业对固态电池技术的研究投入巨大，力求保持在该领域的竞争优势。韩国在固态电池领域同样具有较强实力，拥有全球领先的电池制造商LG化学和三星SDI。韩国政府和企业也在积极推动固态电池技术的发展，以应对全球动力电池市场的竞争。固态电池的发展对于我国新能源汽车产业具有十分重要意义。通过加强固态电池的研发和应用，不仅可以提升我国新能源汽车的核心竞争力，还可以推动我国在全球动力电池市场中的地位提升。因此，我国应加大对固态电池技术的研发力度，加强与国际先进企业的合作与交流，共同推动固态电池技术的快速发展。固态电池的主要研究课题尽管固态电池有着巨大的潜力和商业价值，但目前仍存在很多技术难点需要研究和攻克。尤其是固态电解质离子传输动力学、固/固界面物理和化学接触问题。这其中，对于固态电池的电解质/电极材料的电导率、内部产气/压力、膨胀行为的评估依然是对电池材料、电池性能、生产工艺等的重要研究手段。电弛的解决方案固态电池中的固体电解质和电极界面并不是完全稳定，仍会存在一定程度的副反应。因此，对于固态电池产气、内部压力、膨胀行为等的研究依然受到高度关注。武汉电弛新能源有限公司自主研发的原位产气量测试系统，原位气体内压测试系统、原位电池膨胀力测试系统，可对多种电池种类和电池形态的电池进行产气量、内压、膨胀行为的测试，包括碱金属离子电池(Li/Na/K)、多价离子电池(Zn/Ca/Mg/Al)、其他二次金属离子电池(金属-空气、金属-硫)、固态电池，以及单层极片、模型扣式电池、软包电池、方壳电池、圆柱电池、电芯模组。系统高度集成了温控、充放电、伺服控制、高精度传感器等模块，并提供企业级系统组网功能。同时，可为不同形态电池提供定制化夹具，开展不同测试模式的研究。为锂电池材料研发、工艺优化、充放电策略的分析研究提供了良好的技术支持。

冠亚电池水分测定仪参与华为石墨烯电池研究 原标题：华为石墨烯电池研究获突破：寿命是锂离子电池2倍 12月1日消息，近日，华为中央研究院瓦特实验室在第57届日本电池大会上宣布在锂离子电池领域实现重大研究突破，推出业界高温长寿命石墨烯基锂离子电池。实验结果显示，以石墨烯为基础的新型耐高温技术可以将锂离子电池上限使用温度提高10℃，使用寿命是普通锂离子电池的2倍。　　华为瓦特实验室首席科学家李阳兴博士指出，石墨烯基高温锂离子电池技术突破主要来自三个方面：在电解液中加入特殊添加剂，除去痕量水，避免电解液的高温分解；电池正极选用改性的大单晶三元材料，提高材料的热稳定性；同时，采用新型材料石墨烯，可实现锂离子电池与环境间的高效散热。　　“高温环境下的充放电测试表明，同等工作参数下，该石墨烯基高温锂离子电池的温升比普通锂离子电池降低5℃； 60°C高温循环2000次，容量保持率仍超过70%；60℃高温存储200天，容量损失小于13%”， 李阳兴博士表示。　　这一研究成果将给通信基站的储能业务带来革新。在炎热地区使用该高温锂离子电池的外挂基站工作寿命可达4年以上。石墨烯基锂离子电池也将助力电动车在高温环境下持久续航，以及无人机高温发热下的安全飞行。　　去年，华为瓦特实验室在第56届日本电池大会（The 56th Battery Symposium in Japan）上发布了5分钟即可充满3000mAh电池48%电量的快充技术成果，引起业界广泛关注。据李阳兴博士透露，华为快充电池已经商用，并将于今年12月底正式对外发布超级快充手机。 期间冠亚电池水分测定仪参与华为电池研究（代工厂）部分实验，冠亚电池水分仪系列包括有：电解液水分含量检测仪,特殊添加剂固含量检测仪,电池正极水分测定仪,石墨烯水分仪,锂电池水分仪等。采用国际标准方法可对电池材料水分含量在2-3分钟之内测试完。水分含量下限10ppm，检测方便科学精准，是电池厂商，实验室，检测部门的水分检测仪。

仪器信息网讯 8月17日，欧盟官方公示满20天的《欧盟电池和废电池法规》（下称《欧盟电池法》，法规全文见文末附件）正式生效。核心要点：谁生产谁回收、谁进口谁回收。《欧盟电池法》对生产者责任延伸、电池回收管理、数字电池护照等提出更高要求，明确自2027年起，动力电池出口到欧洲必须持有符合要求的“电池护照”，记录电池的制造商、材料成分、碳足迹、供应链等信息。这将对中国动力电池企业出口欧洲产生重大影响。《欧盟电池法》生效利好科学仪器行业。新法规对电池回收、碳足迹、电池护照要求升级背后，科学仪器测试技术支撑作用突显，新法规文件中，“测试”一词出现达82次。如法规文件附件五的安全参数部分，依次对热冲击和循环、外部短路保护、过冲保护、过放电保护、过温保护、热传导保护、外力引起机械损伤、内部短路、热滥用、着火试验、气体排放等相关测试项目进行了描述。且多个测试项目明确要求需采用最先进的测试技术或测试仪器设备。《欧盟电池法》对于投放到欧盟市场的所有类型电池(除用于军事、航天、核能用途电池)提出了强制性要求。这些要求涵盖可持续性和安全、标签、信息、尽职调查、电池护照、废旧电池管理等等。同时，新电池法详细规定了电池以及含电池产品的制造商、进口商、分销商的责任和义务，并建立了符合性评估程序和市场监管要求。据华泰证券分析，《欧盟电池法》对我国产业链或将带来三方面影响：第一，碳排放的相关要求或将强制出口企业进行零碳转型，在生产技术上将向着高效低能耗、环保低碳等方向进行革新 第二，有望倒逼国内回收体系完善，长期将带动国内产业链的绿色转型，推进行业的可持续发展。回收要求趋严或利好已和海外厂商合作布局回收的企业 第三，电池护照旨在确保供应链的透明度，出口企业将面临护照数据库建设、护照管理系统维护及国际统一标准构建等挑战。《欧盟电池法》目录一览：第1章 一般规定第2章 可持续性和安全性要求第3章 标签、标记和信息要求第4章 电池一致性第5章 合格评定机构的通知第6章 第七、八章以外经营者的义务第7章 经济运营商在电池尽职调查政策方面的义务第8章 废电池管理第9章 数字电池护照第10章 第十章联合市场监督和欧盟保障程序第11章 绿色公共采购和修订限制的程序第12章 授权和委员会程序第13章 修正案第14章 最后条款附件1对物质的限制附件2碳足迹附件3通用便携式电池的电化学性能和耐久性参数附件4 LMT电池、容量大于2kWh的工业电池和电动汽车的电化学性能和耐久性要求附件5安全参数附件6标签、标记和信息要求附件7确定电池健康状态和预期寿命的参数附件8合格评定程序附件9欧盟一致性声明编号(申报的识别号)附件10原材料和风险类别清单附件11废旧便携式电池和废旧LMI电池收集率的计算附件12储存和处理，包括回收，要求附件13电池护照中应包含的信息附件14废旧电池装运的最低要求附件15相关表附：欧洲电池法规Battery regulation approved by EU Parliament.pdf

锂电池以其特有的性能优势已在便携式电子设备中得到了普遍应用，其中大容量的锂电池还被用于电动汽车，预计未来将成为其主要的动力电源之一。此外，它还可用于人造卫星、航空航天和储能等方面。 11月7日，HORIBA Scientific举办了光谱应用系列在线讲座（6）——“光谱仪在能源、电池领域中的应用”，涉及辉光光谱、拉曼光谱技术。至此，“2014探索In的光谱应用”系列活动圆满结束。本次活动涵盖了如今热门的6大应用领域及7种光谱技术，为参与者提供了一个绝好的学习光谱技术机会。现将本次讲座问题整理后供大家参考。课程一：辉光光谱Q:赵老师：请问可以分析粒径在几百纳米的粉末样品吗？A:辉光放电光谱仪可直接分析的样品呈固体块状/片状，不可以分析粉末样品。当然可以将粉末样品磨碎混合铜粉压片成均匀块体分析。Q:Lucy-SH：辉光放电光谱仪和椭圆偏振光谱仪有什么区别？A:辉光放电光谱仪是有损分析技术且专注于分析镀层元素随深度的分布，可获得镀层元素、界面污染、表面处理、层间扩散、镀层均一性，定量后还可获得镀层元素含量及镀层厚度；椭圆偏振光谱仪是无损分析技术，它专注于分析镀层样品的厚度、光学常数（n,k）、粗糙度、孔隙率、界面信息、组分、结晶度、梯度变化及各向异性等。Q:中南大学-材料院-张老师：磁控溅射后的样品可以做吗？样品要平整到什么程度？A:可以。样品仅需要看上去平整即可进行分析。Q:张老师：请简要介绍一下辉光放电谱仪与SIMS比较的优缺点？A:两种技术都为表面镀层分析技术。辉光放电光谱仪分析速度快（几分钟），可测试元素周期表中所有元素，操作简单、维护方便、价格便宜。SIMS分析速度慢（几个小时），可测试所有元素、同位素，分析化合物组分及分子结构，操作复杂含有超高真空设备、维护成本高、价格昂贵。联合使用可多方位表征样品。Q:哈尔滨工业大学-能源学院-张老师：经Ar粒子轰击过的样片，比如您粒子中的0.3nm的镀膜材料，是否测量完成就被破坏了？A:辉光放电光谱仪是一种有损分析，Ar等离子体的阳离子会持续轰击样品表面，将镀层元素剥蚀，终产生一个溅射坑。课程二：拉曼光谱Q:中科院生态中心-王老师：测量液体拉曼光谱，对装样品的玻璃器皿光面毛面状况有特别讲究吗？A:测量液体样品时根据样品量的多少可以选择不同的容器，当样品量少时，放在毛细管中即可（毛细管壁薄的情况下样品信号会相应更强）。通常使用的玻璃器皿都是光面的。如果液体挥发性不强，没有腐蚀性，也可以滴在硬币表面或者玻璃表面。这时毛面的玻璃由于利于散射，可以得到更强的信号。Q:清华大学-材料系-陈老师：锂电池的充放电中提到拉曼可以检测锂离子的扩散，拉曼也可以检测离子吗？A:可以。通常情况下拉曼光谱是不用于离子检测的。但当离子和其它物质发生作用时，可以通过其它物质信号的改变来反推离子的扩散或浓度情况。例如在锂电池中，通过对石墨D峰的检测可以对锂离子扩散进行相应判断。由于拉曼光谱可以对分子所处的微环境进行表征，在一定的实验设计下，它是可以对离子、pH值、温度等信息进行表征的。关注我们HORIBA光谱学院：www.horibaopticalschool.com邮箱：info-sci.cn@horiba.com微信二维码：

p style=" text-indent: 2em " 据美国《科学进展》杂志29日消息称，美国西北大学研究团队研发出一种全新材料，可用于制造性能稳定的大容量锂离子电池，从而大幅提升智能手机、电动汽车等的续航时间，甚至可以延长到目前的两倍多。 /p p style=" text-indent: 2em " 锂离子电池已是现代高性能电池的代表，应用最为广泛，其主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。而今消费电子和动力电池对能量密度提升的需求，推动着正极材料不断进步——通常，人们采用的是锂、氧和一种过渡金属的化合物为电池正极，这其中，正是过渡金属负责储存和释放电能，其性质也是电池容量的关键。 /p p style=" text-indent: 2em " 现阶段最常用的过渡金属是钴，而此前科学家研究发现，如果用镁取代钴，可以在提高容量的同时降低成本，但镁也有一定缺陷——电池性能退化太快，仅两轮充放电后就出现大幅下降。 /p p style=" text-indent: 2em " 据美国西北大学官方网站介绍，此次团队研发的新材料是掺有铬和钒元素的锂镁氧化物，其用作锂离子电池的正极，电池容量出现了大幅提高，同时兼具性能稳定、不会迅速退化的优点。 /p p style=" text-indent: 2em " 西北大学研究小组先是为锂镁氧化物材料建立了一个结构模型。该模型详细到了单个原子，团队借此分析了全部充放电过程，发现其中的氧也会参与存储电能，因而容量比以往要大。 /p p style=" text-indent: 2em " 随后，研究人员尝试了将不同元素掺入锂镁氧化物的方案，以期计算出不同混合物各自的储能效果。最终他们发现，掺入铬和钒能在保持电池大容量的同时实现最稳定性能。 /p p style=" text-indent: 2em " 研究人员表示，下一步他们将在实验室中检验该新材料的实际应用表现。 /p

5月10日晚上，成都市丛树家园小区一电梯内电瓶车起火，导致包括一名婴儿在内的多人烧伤视频在网上传播后，牵动人心。 电梯监控视频显示，10日19时33分，一男子乘电梯下楼，随后电梯停在某层楼，一名妇女怀抱着一名婴儿进入电梯，电梯继续下行。19时34分23秒，电梯再次停下，一男子推着一辆电瓶车进入电梯，身后还有一名双手提着物品的男子也紧跟进入。19时34分34秒，就在电梯门关闭瞬间，一秒钟时间不到电瓶车底部突然冒起浓烟，瞬间闪起了火光，电梯内迅速被火光和浓烟覆盖。视频显示，冒烟发生同时，推电瓶车的男子迅速伸手按了一下电梯开关。事发时，电梯内有4名大人和1名幼儿。对此很多网友表示，坚决反对电瓶车上楼！ 对于网友的评论，我有不同的看法，作为主动方面，禁止电动自行车车进入电梯确实是可行的，但我们不能一昧的谴责推电动自行车进入电梯的男子，却往往忽略了z大的危害源头是电动自行车的电池。电动自行车是为了方便市民的工具，而不是成为大家“闻风丧胆”、相互嫌弃的工具。只有生产厂家按照国家的标准，做好安全检测才投放到市场，这才是遏制电动自行车电池自燃最有效的方法。由国家市场监督管理总局、国家标准化管理委员会批准的GB/T 36972-2018《电动自行车用锂离子蓄电池》国家标准于2018年12月28日正式发布，将于2019年07月01日正式实施，该标准对推动电动自行车用锂离子电池综合标准化工作及电动自行车锂离子电池推广应用具有重要意义和作用，同时也为电动车用锂离子电池领出了一条健康、可持续发展的道路。 Delta德尔塔仪器专业致力于GB/T 36972-2018《电动自行车用锂离子蓄电池》的研发和定制，可为客户提供锂电池安全检测实验室整体打包、一站式交钥匙工程服务。客户只需要提供试验场地，其他的交给我们为您搞定！ (电动自行车锂电池安全测试系统综合交钥匙工程)《电动自行车用锂离子蓄电池》（GB/T 36972-2018）检测设备推荐清单序号测试项目本标准条款关键设备设名称辅助功能/引用标准能力说明要求试验方法1. I2（A）放电5.2.16.2.1① 电池充放电测试系统（60V/30A）（推荐型号：GS-CT60V/30A）② 过充过放防爆试验箱（4箱式）（推荐型号：GS-MST940）1) 可选配充放电测试通道数和测试额定电流、电压；2) 防爆箱标配防爆泄压口、强力排风扇、补风口、可移动式地脚。2. 充电6.2.1.13. 放电6.2.1.24. 2I2（A）放电5.2.26.2.25. 低温放电5.2.36.2.3① 电池充放电测试系统（60V/30A）（推荐型号：GS-CT6030）② 高低温冲击试验箱（-40℃～150℃）（推荐型号：GS-THE8002）③ 过充过放防爆试验箱（4箱式）（推荐型号：GS-MST940）1）可选配充放电测试通道数和电流、电压；2）可选配高低温试验箱内箱容积和温度范围；3）防爆箱标配防爆泄压口、强力排风扇、补风口、可移动式地脚。6. 高温放电5.2.46.2.47. 荷电保持能力及荷电恢复能力5.2.56.2.5① 电池充放电测试系统（60V/30A）（推荐型号：GS-CT6030）② 恒温恒湿试验箱（-40℃～150℃）（推荐型号：GS-THK6008）③ 过充过放防爆试验箱（4箱式）（推荐型号：GS-MST940）1）可选配充放电测试通道数和电流、电压；2）可选配恒温箱内箱容积和温度、湿度范围；3）防爆箱标配防爆泄压口、强力排风扇、补风口、可移动式地脚。8. 荷电保持能力6.2.5.19. 荷电恢复能力6.2.5.210. 长期贮存后荷电恢复能力5.2.66.2.611. 循环寿命5.2.76.2.712. 内阻5.2.86.2.8① 电池内阻测试仪（推荐型号：HK3561R）② 恒温恒湿试验箱（-40℃～150℃）（推荐型号：GS-THK6008）可选配恒温箱内箱容积和温度、湿度范围。13. 过充电5.3.26.3.2① 电池充放电测试系统（60V/30A）（推荐型号：GS-CT60V/30A）② 过充过放防爆试验箱（4箱式）（推荐型号：GS-MST940）1）可选配充放电测试通道数和测试额定电流、电压；2）防爆箱标配防爆泄压口、强力排风扇、补风口、可移动式地脚。14. 强制放电5.3.36.3.315．外部短路5.3.46.3.4① 外部短路试验机（3000A）（推荐型号：GS-MST920）可选配常温外部短路和高温外部短路16．挤压5.3.56.3.5① 电池挤压试验机（0-35KN）（推荐型号：GS-MST930）1） 可选配挤压+针刺（穿刺试验）功能；2） 可选配红外摄像监控系统、自动灭火器装置、废气回收净化装置。17.机械冲击5.3.66.3.6① 机械冲击试验机(600g)（推荐型号：GS-MST980）可选配峰值加速度和试验负载18.振动5.3.76.3.7① 电磁振动试验机（0～400Hz）（推荐型号：GS-MST970）X，Y，Z三轴向振动；可选配振动频率、振幅范围及试验负载。19.自由跌落5.3.86.3.8① 电池跌落试验机（定向X,Y,Z）（推荐型号：GS-MST960）X/Y/Z定向跌落；可选配热成像相机、自动灭火器装置。20.低气压5.3.96.3.9① 高空低气压试验箱（11.6KPa）（推荐型号：GS-MST950）可选配试验箱体积（内容积）21．高低温冲击5.3.106.3.10①高低温冲击试验箱（-40℃～150℃）（推荐型号：GS-THE8002）可选配高低温试验箱内箱容积和温度范围22．浸水5.3.116.3.11① 电池水浸泡试验箱（推荐型号：GS-MST10）可选配实验水箱容积及温度控制范围23．过充电保护5.4.26.4.2① 电池充放电测试系统（60V/30A）（推荐型号：GS-CT60V/30A）② 过充过放防爆试验箱（4箱式）（推荐型号：GS-MST940）1）可选配充放电测试通道数和测试额定电流、电压；2）防爆箱标配防爆泄压口、强力排风扇、补风口、可移动式地脚。24.过放电保护5.4.36.4.325.短路保护5.4.46.4.4① 外部短路试验机（3000A）（推荐型号：GS-MST920）可选配常温外部短路和高温外部短路26.放电过流保护5.4.56.4.5① 电池充放电测试系统（60V/30A）（推荐型号：GS-CT60V/30A）② 过充过放防爆试验箱（4箱式）（推荐型号：GS-MST940）1）可选配充放电测试通道数和测试额定电流、电压；2）防爆箱标配防爆泄压口、强力排风扇、补风口、可移动式地脚。27.静电放电5.4.66.4.6 ① 静电放电发生器（20kV）（推荐型号：ESD61002TA）引用标准：GB/T 17626.2-200628.模制壳体应力5.5.16.5.1① 恒温恒湿试验箱（-40℃～150℃）（推荐型号：GS-THK6008）可选配恒温箱内箱容积和温度、湿度范围。29.壳体承受压力5.5.26.5.2① 电池壳体抗压试验装置（推荐型号：GS-KYL503）试验压力：250N30.壳体阻燃性5.5.36.5.3①水平垂直燃烧试验机（PLC+触摸屏）（推荐型号：GS-HUVL90）引用标准：GB/T 5169.16-201731.外形尺寸5.6.16.6.1① 游标卡尺（推荐型号：0-300mm）选配指针式/数显，测量量程可选32.充放电接口5.6.26.6.2目检引用标准：QB/T 442833.外观5.6.36.6.3目检/34.极性标志5.6.46.6.4酒精耐磨试验机（推荐型号：GS-YCR02）/合计需要仪器数量：约18台（国家纳米科学中心——锂电池实验室交付现场图片）设备已经成功运用到各大专业测试机构和生产厂家提供服务。第三方检测机构例如：广州SGS通标实验室，上海天祥ITS实验室，昆山出入境技术检验中心，广东质检院，深圳计量院，福建质检院（马尾基地），东莞标检产品检测有限公司（STC），各大企业例如：爱玛电动车，绿源电动车，喜德盛电动车等生产厂家品质研发部，深受客户好评。未来，Delta德尔塔仪器将持续用高品质的产品和服务，为电动自行车和电动助力车行业的发展添砖加瓦，为市民便捷出行、公共交通领域保驾护航，让人们生活的更加安全、舒适、和谐。张工yi八1，28零28677（WX同号）

如何进行锂电池性能的高低温检测？锂电池是一种新型的、性能优良的电池，目前已被广泛使用。但是，由于环境因素的影响，锂离子电池的性能存在较大的差异。因此，有必要开展锂离子电池在高、低温环境中的适应性研究。高低温适应性试验是测试锂电池在高低温环境下的适应能力的一种标准化实验方法。试验项目包括高温(55℃)、低温(-20℃)和温度循环三个部分。该实验涉及到的参数包括静置时间、充放电时间、充放电电流和电压等。1.在高温试验中，锂电池需要在55℃的环境下连续静置24小时，以测试其在高温环境下的耐热性能。在完成静置后，需要对锂电池进行一定的充电时间和放电时间，以测试锂电池在高温环境下的充放电性能。在充放电时需要注意电流和电压的控制，以免过度放电导致电池性能下降。2.在低温测试中，需要将锂电池放置于-20摄氏度以下24小时。如此一来，就可以对锂电池的耐寒性进行测试了。与此类似，在完全静止之后，还需对锂电池进行充放电，以检测其在低温环境中的充放电特性。在这一过程中，为了防止对锂离子电池的性能造成负面的影响，还必须对放电电流、电压进行严格的控制。3.以高、低温度实验为基础，进行了温度循环实验。为了检测锂离子电池在不同温度下的耐受能力，对其进行了高、低温热循环试验。在对电池进行试验时，为了确保试验结果的准确，必须对试验环境温度进行严格的控制。因此，对锂离子电池进行高、低温适应实验是对其进行综合评价的一种手段。通过本项目的研究，可以有效地评价锂离子电池在特殊环境中的适应性，为其开发与应用提供理论依据。随着科学技术的发展和产业化进程的加快，高、低温环境下锂离子电池的性能测试将会得到越来越多的应用。

新华网专电 美国麻省理工学院两名材料专家宣布，他们开发出制造充电电池的新技术，可以大幅缩短手机和汽车的充电时间。 两名专家在英国《自然》杂志上发表报告说，利用这种新技术制造的手机电池可以在１０秒钟内完成充电，汽车电池可在５分钟内充好电。 现阶段广为应用的磷酸锂电池可以储存大量电能并平稳释放电能，但是不能在瞬间大量释放或获取电能。研究人员通常认为，这种情况缘自带电锂原子和电子共处时，在电池材料中活动太缓慢。 麻省理工这两名专家说，问题根源其实在于如何使这些带电锂原子进入能够将它们与电子分离的极微细通道。 两位专家说，他们的解决方案是利用一个磷酸锂涂层，这个涂层像一个“专用车道”，可以将带电锂原子导入极微细通道，使它们可以迅速到达终端。 法新社１１日报道，这一技术由美国政府资助开发，已有两家公司获得生产许可。 麻省理工学院说，由于这项技术不需要新材料，只是改变制造电池的方法，所以用两年到三年时间就可以将这项技术市场化。

近年来，新能源汽车屡屡发生起火、自燃等动力电池安全事故，提升动力电池安全迫在眉睫。经过多年的发展，动力电池从最初的圆柱电池，发展到方形、软包电池，容量提升，形式多样。 上篇中，我们展示了岛津ct在正极材料和负极材料观测方面的应用。本篇我们将展示岛津ct观测各种成品电池和对电池原位充放电的实时观察。 成品动力锂电池ct的观察 在成品动力锂电池检查中，ct检测可以发现动力锂电池内部缺陷，比如内部杂质、正负极扭曲变形、正负极片短路和正负极片的断裂等不良。在长期充放电使用及激烈碰撞后，这些不良容易造成电池短路，甚至可能造成新能源汽车自燃和爆炸。 岛津smx-225ct fpd hr plus微焦点x射线ct系统 ct检测是失效分析和产品工艺优化及品质控制的重要手段。通过对失效的动力锂电池进行无损检测，在不破坏失效动力锂电池结构的情况下获得真正失效原因。通过对动力锂电池的内部结构观察及尺寸测量，可以优化生产工艺、提高品质。 电池内部结构及缺陷观察 目前动力锂电池电芯生产主要有卷绕和叠片两种制造工艺，对应的动力锂电池结构形式主要为圆柱和方形、软包三种，圆柱和方形锂电池主要采用卷绕工艺生产，软包锂电池则主要采用叠片工艺制造。圆柱锂电池主要以18650为主，方形锂电池外壳采用硬铝壳包装，而软包锂电池采用铝塑料包装。 运用ct对18650动力锂电池检测可观察内部正负极及隔离膜，因此内部变形及金属杂质可以清晰地被检测到。通过对正极极片展开，可观察到极片上的孔隙。图1给出了18650动力锂电池的ct图像。 图1 18650动力锂电池ct图像 图2是方形动力锂电池的ct扫描图像，外形尺寸为l150mm´w100mm´h26mm。 通过扫描半电池可以清晰地看到电池正负极片和杂质以及激光焊接部位的孔隙。甚至有机质的隔离膜也能够被观察到。 图2 方形动力锂电池ct图像 软包叠片动力锂电池的常见缺陷为极片开裂破损、有杂质及当封入外壳时负极变形等，ct检测是此缺陷观察必要手段。如图3所示。 图3 软包叠片动力锂电池ct图像 电池内部尺寸测量 在电池生产中，尺寸质量控制的要求变得越来越复杂，无法使用传统的测量技术进行测量，更不可能对电池进行切割或破坏后再进行检测。此时，需要使用微焦点ct对电池内部缺陷及结构进行尺寸测量。从而能够评估产品制造过程和优化产品。 图4是18650动力锂电池在空电和满电状态下的电芯尺寸测试，通过比较发现满电状态比空电状态下的电芯尺寸膨胀了约0.2mm。这对电池研发人员设计很有帮助。图4 18650动力锂电池空电和满电状态电芯尺寸测量 在方形动力锂电池中，满电时的极片厚度尺寸测量、正负极对齐测量和封装时电芯与外壳的距离等这些尺寸对电池生产厂家都有很重要的参考意义，如图5所示。 图5 方形动力锂电池尺寸测量 图6给出了软包动力锂电池中的孔隙及金属杂质尺寸测量，这些缺陷都可能会引起电池起火或自燃。 图6 软包动力锂电池尺寸测量 电池原位充放电循环中的ct观察 通过对原位动力锂电池充放电试验，可以观察电池在循环充放电情况下的状态。x射线微焦点ct作为对动力锂电池充放电循环检查的重要一环，可以直观观察动力锂电池在不同状态下内部结构的变化，为研发及生产制造提供数据。 图7从2d截面图像和3d图像示出了100次、500次、1000次、1500次动力锂电池的充放电试验ct测试图像。从而观察到随着充放电次数的增加，动力锂电池由于内部产生的惰性气体的释放而不断膨胀。 图7 动力锂电池充放电实验ct观察 通过以上案例展示，岛津x射线微焦点ct不仅可以观察动力锂电池正负极片材料内部微观结构，还可以观察成品动力锂电池的内部结构及缺陷。结合尺寸测量定量分析，为动力锂电池研发设计者及生产制造商提供帮助，优化生产流程及制造工艺，为新能源汽车提供安全保障。

近年来，新能源汽车屡屡发生起火、自燃等动力电池安全事故，提升动力电池安全迫在眉睫。经过多年的发展，动力电池从最初的圆柱电池，发展到方形、软包电池，容量提升，形式多样。上篇中，上篇中，我们展示了岛津CT在正极材料和负极材料观测方面的应用。本篇我们将展示岛津CT观测各种成品电池和对电池原位充放电的实时观察。 成品动力锂电池CT的观察在成品动力锂电池检查中，CT检测可以发现动力锂电池内部缺陷，比如内部杂质、正负极扭曲变形、正负极片短路和正负极片的断裂等不良。在长期充放电使用及激烈碰撞后，这些不良容易造成电池短路，甚至可能造成新能源汽车自燃和爆炸。 岛津SMX-225CT FPD HR Plus微焦点X射线CT系统 CT检测是失效分析和产品工艺优化及品质控制的重要手段。通过对失效的动力锂电池进行无损检测，在不破坏失效动力锂电池结构的情况下获得真正失效原因。通过对动力锂电池的内部结构观察及尺寸测量，可以优化生产工艺、提高品质。 电池内部结构及缺陷观察目前动力锂电池电芯生产主要有卷绕和叠片两种制造工艺，对应的动力锂电池结构形式主要为圆柱和方形、软包三种，圆柱和方形锂电池主要采用卷绕工艺生产，软包锂电池则主要采用叠片工艺制造。圆柱锂电池主要以18650为主，方形锂电池外壳采用硬铝壳包装，而软包锂电池采用铝塑料包装。 运用CT对18650动力锂电池检测可观察内部正负极及隔离膜，因此内部变形及金属杂质可以清晰地被检测到。通过对正极极片展开，可观察到极片上的孔隙。图1给出了18650动力锂电池的CT图像。 图1 18650动力锂电池CT图像 图2是方形动力锂电池的CT扫描图像，外形尺寸为L150mm´W100mm´H26mm。 通过扫描半电池可以清晰地看到电池正负极片和杂质以及激光焊接部位的孔隙。甚至有机质的隔离膜也能够被观察到。 图2 方形动力锂电池CT图像 软包叠片动力锂电池的常见缺陷为极片开裂破损、有杂质及当封入外壳时负极变形等，CT检测是此缺陷观察必要手段。如图3所示。 图3 软包叠片动力锂电池CT图像 电池内部尺寸测量在电池生产中，尺寸质量控制的要求变得越来越复杂，无法使用传统的测量技术进行测量，更不可能对电池进行切割或破坏后再进行检测。此时，需要使用微焦点CT对电池内部缺陷及结构进行尺寸测量。从而能够评估产品制造过程和优化产品。 图4是18650动力锂电池在空电和满电状态下的电芯尺寸测试，通过比较发现满电状态比空电状态下的电芯尺寸膨胀了约0.2mm。这对电池研发人员设计很有帮助。 图4 18650动力锂电池空电和满电状态电芯尺寸测量 在方形动力锂电池中，满电时的极片厚度尺寸测量、正负极对齐测量和封装时电芯与外壳的距离等这些尺寸对电池生产厂家都有很重要的参考意义，如图5所示。 图5 方形动力锂电池尺寸测量 图6给出了软包动力锂电池中的孔隙及金属杂质尺寸测量，这些缺陷都可能会引起电池起火或自燃。 图6 软包动力锂电池尺寸测量 电池原位充放电循环中的CT观察通过对原位动力锂电池充放电试验，可以观察电池在循环充放电情况下的状态。X射线微焦点CT作为对动力锂电池充放电循环检查的重要一环，可以直观观察动力锂电池在不同状态下内部结构的变化，为研发及生产制造提供数据。 图7从2D截面图像和3D图像示出了100次、500次、1000次、1500次动力锂电池的充放电试验CT测试图像。从而观察到随着充放电次数的增加，动力锂电池由于内部产生的惰性气体的释放而不断膨胀。图7 动力锂电池充放电实验CT观察 通过以上案例展示，岛津X射线微焦点CT不仅可以观察动力锂电池正负极片材料内部微观结构，还可以观察成品动力锂电池的内部结构及缺陷。结合尺寸测量定量分析，为动力锂电池研发设计者及生产制造商提供帮助，优化生产流程及制造工艺，为新能源汽车提供安全保障。

第五届先进高功率电池国际研讨会The 5 th International Conference on Advanced High Power Battery （CHPB-5）时间：2022年11月1-2日地点：中国.苏州主办单位中国化学与物理电源行业协会中国电子科技集团公司第十八研究所承办单位北京中联毅晖国际会展有限公司第一轮通知我们刚刚在苏州召开的第六届先进电池正负极材料国际论坛（ABCA-6）取得了圆满成功，在疫情不稳定的情况下，会议参加人数达到了800人！在此，我们向所有参会人员、演讲嘉宾以及赞助商表达衷心的感谢！ABCA-6是以纯电动汽车动力电池技术发展为主线的会议，主要涉及动力电池正负极材料创新研究与应用的新进展，以及材料产业链创建与发展。对于纯电动汽车而言，动力电池一般是高比能量设计，即具有高的能量密度，确保一次充电的行驶距离；具有长的循环寿命和日历寿命，确保电池总行驶里程超过数十万公里和至少10年以上的使用寿命。ABCA-6论坛充分展示了近年来动力电池关键正负极材料以及辅助材料（导电剂、粘合剂等）研究与应用的新进展，其在确保动力电池比能量、寿命等要求方面起到了越来越重要的作用。尤其是本届会议特邀加拿大著名教授、锂电池专家、美国Tesla公司首席顾问杰夫.丹做了专题演讲，他用大量实验结果阐明，采用合适工艺与配方、特别是电解质添加剂等的优化，使采用NMC三元正极材料的动力电池完全可以满足电动汽车总行驶里程100万公里和使用期数十年，乃至一个世纪的要求，为新能源汽车的可持续发展提供了重要技术支撑。从全球来看，预计到2025年，全球新能源汽车销量将达到1800万辆；到2030年，全球电动汽车销量预计达到3000万辆规模。从国内来看，2021年我国汽车销售量重新转为正增长，销量达到了2628万辆，增幅为3.8%，结束了调整期。按照每年3%至5%的增速预测，到2035年，我国汽车年销量有望达到目前的1.5至2倍，约为4500万辆，再叠加4倍的渗透率成长空间，预计到2035年时，新能源汽车销量有6至8倍的成长空间，发展前景非常广阔。尽管COVID-19疫情依然严重，但来自韩国市场研究机构SNE Research发布的报告显示，2022年1-6月，全球动力电池装机量高达202GWh，较去年的115GWh大幅提升75.65%。随着疫情控制加强，我国汽车产业正在恢复增长，其中新能源汽车稳定保持世界第一的位置。因此，实现由工业和信息化部指导、中国汽车工程学会组织行业1000余名专家历时一年半修订完成的《节能与新能源汽车路线图2.0》中设定的目标是可以期待的。其中到2025年，BEV和PHEV年销量占汽车总销量15%-25%；到2025年混合动力乘用车当年销量占比达到50-60%（平均油耗达到5.6L/100km）。这预示我国未来的动力电池市场会越来越大。2021年中国动力电池的投资已超过万亿，产能扩张到1000 GWh； 2025年中国动力电池出货量将进入TWh时代，产值进入万亿级别。行业研究机构统计显示，2022上半年全球新能源汽车销量约408.7万辆，同比增长65%，相应的全球动力电池装机量为196GWh，同比增长82%。其中，排名前十的电池企业合计约183GWh，占总装机量的94%。相对于我国快速发展的BEV和PHEV市场而言，我国混合动力（微混/轻混和中混/全混）汽车也迎来了快速发展的良好机遇，如珠海COSMX冠宇通过快充电池材料的研究，在持续降低电池容量设计的前提下，大幅提升了12V锂离子电池的功率特性，推出一款“ 小体积、轻量化且低成本的启停电池”，取代目前采用的铅酸电池。不久以前， 中国化学与物理电源行业协会发布了《48V微混锂离子电源系统》（T/CIAPS0019—2022）标准 ，该标准的实施将极大地推进12-48V低电压电池技术与产品在混动车辆上的发展与应用。除混合动力车辆领域的发展需求外，近年来我国在电动工具和无人机装备等领域成为产销大国，由此对高性能、低成本、长寿命、高安全性“先进功率型”电池提出了创新要求， 为行业持续大力推进“新型高功率电池技术发展与推广应用”提供了重要依据。前四届论坛取得了丰硕成果，2022 年将继续举办第五届“先进高功率电池国际研讨会”，在当前我国技术与市场需求持续发展的有力支撑下，在广泛听取了业界的意见和建议基础上，进一步拓展和深化了论坛的内容，具体如下四个方面。1、先进高功率电池体系向多元化或混合体系创新发展：包括由金属氢化物镍电池扩展至锌镍电池，由双层超级电容器扩展至混合型电容器，由铅酸电池扩展至锂离子电池、钠离子电池，以及其它全新的混合电源体系等（如铅酸/功率型锂离子电池，超级电容器/高比能量锂离子电池）。2、增加先进高功率电池材料和化学体系最新研究进展：现有高功率电池综合性能的进一步提升，离不开新型电极材料、其它关键材料和集成创新技术的支撑。本次会议将增加“新型功能性电解质材料，含新型溶剂、盐（含离子液体）、各种添加剂等”和“隔膜材料，如低阻抗隔膜、高热稳定性隔膜或创新性处理技术等”的创新研究与应用等。3、拓展先进高功率先进电池的技术探讨：混合动力用先进功率型电池，不仅关注大电流脉充放电，更关注“大电流脉冲充电（可获取高效率瞬时能量回收），如微混或轻混车辆中使用的48V电池，充电功率要求高于放电功率等；消费者对电池低温充放电性能要求越来越高。因此对电池提升快充电性能、低温大电流充放电的创新技术研究将予以特别交流安排。4、拓展高功率电池应用领域的技术探讨：本届会议将继续围绕微混、轻混和全混合动力汽车、电动工具、无人机、电网储能调频等及相关电池系统的技术需求、创新研究与应用进展开展探讨。一、主要内容1、微混/轻混车辆市场展望及低电压应用（48V以内）的电池技术创新，特别是12&48V新型电池技术进展：1）微混车/轻混车辆市场现状与发展趋势及其对12&48V电池技术创新的要求；2）12&48V高功率锂离子电池或钠离子电池创新技术与应用进展；3）先进铅酸电池的技术进展（包括12&48V铅酸电池）；4）其它可能的48V电池体系及技术进展（如氢镍、锌镍、超级电容器或混合电源等）；5）12&48V电池系统集成技术（包括电性能、安全、循环、环境适应性、可靠性等）；6）12&48V高功率电池的标准化进展；7）适合极端条件下（如-40℃或更低、+50℃或更高等）的高功率电池技术开发与应用等。2、混合动力车辆（中混/全混）市场展望及高电压应用（100-300V或更高）的先进电池及体系创新技术进展：1）混合动力车辆市场发展现状及趋势分析；2）功率型金属氢化物镍电池技术及其在混合动力车辆上的应用新进展；3）其它功率型电池（锂离子、钠离子、锌镍、铅碳、超级电容器、锂离子超级电容器及其混合电源体系等）技术发展及其在混合动力车辆上的应用新进展；4）功率型电池系统集成技术（包括电性能、安全、循环、环境适应性、可靠性等）；5）功率型电池的评价技术及相关标准等。3、电动工具市场趋势及其对功率型电池的新要求：1）电动工具市场（包括北美、欧洲、亚太、拉美等地区市场）发展现状及趋势分析；2）功率型电池技术（包括锂离子和锌镍等电池技术）进展；3）超大电流持续放电对功率型锂离子电池应用的新挑战；4）电动工具用锂离子电池的能量密度和功率密度的发展趋势；5）电动工具的使用工况与功率型电池和电池包（块）的技术指标要求与评价技术。4、无人机市场趋势及其对功率/能量兼顾型电池的新要求：1）无人机市场趋势分析，包括消费级、行业级和农用级等；2）锂离子电池提升能量密度的技术方案及发展规划；3）全（半）固态电池的技术方案及发展规划；4）电池极限低温环境下充放电能力的研究进展；5）电池极限高温环境下长循环寿命的研究进展等。5、电网储能调频市场趋势及其对功率型电池的新要求6、起吊设备市场趋势及其对功率型电池的新要求7、列车高牵引力市场趋势及其对功率/能量型电池的新要求8、先进高功率电池的关键材料技术创新与应用进展：1）先进高功率电池新型正负极材料的研究与应用进展；2）降低高功率电池内部阻抗的关键材料研究与应用进展，包括高导电率电解质，高导电电极添加剂如碳纳米管、科琴黑等，低电阻粘合剂，高导电集流体，高强度/低离子电阻薄型隔膜等的研究与应用等；3）先进高功率电池全新正负极材料体系研究与应用进展等。9、提升先进高功率电池在高充电倍率下的充电接受能力：1）各种先进高功率电池的充电性能比较；2）镍氢高功率电池的充电行为与性能提升研究进展（在宽广温度区间）；3）锌镍高功率电池的充电行为与性能提升研究进展（在宽广温度区间）；4）锂离子高功率电池的充电行为与性能提升研究进展（在宽广温度区间）；5）超级电容器的充电行为与性能提升研究进展（在宽广温度区间）；6）其它新型高功率电池的充电行为与性能提升研究进展（在宽广温度区间）等。二、会议会期与方式：以大会演讲方式进行，会议安排两天技术交流（关于设立分会场、看报告数量）。三、会议征文：1、大会报告遴选：采取邀请、推荐与投稿相结合，特别欢迎踊跃投稿；2、投稿或推荐安排；1）凡期望能够在本次会议上发表论文单位与个人，均可直接投稿或推荐演讲人及题目（包括推荐国外人员）；2）投稿时只需先交上题目与摘要（说明涉及的主要成果内涵，最长一页纸）；3）推荐演讲人时，请写明演讲人姓名、国家、主要从事研究内容以及详细联系方法（电子邮件地址）；3、推荐演讲人截止时间定于2022年9月25日；个人或单位投稿截止时间初定2022年10月10日。四、会议注册费：2022年10月25日前报名并交费：2800元/人2022年10月25日后报名及现场交费：3400元/人银行账号：单位名称：中国化学与物理电源行业协会地址：天津市滨海新区华苑产业区（环外）海泰华科七路6号开户行：中国银行天津西青支行开票注意事项：如果需要增值税专用发票，请提供单位名称、税号、地址、电话、开户行、账号。2022年11月后及现场交费的，增值税专用发票将于报到现场领取。正式注册代表享有：1、会议提供的资料及参会胸卡；2、会议茶歇提供的饮料及点心；3、会议提供的自助午餐；4、参加会议与讨论以及会议组织的活动；5、会后会议提供的总结报告 6、优惠的会议用房；7、会员单位代表参会可享受10%注册费优惠（仅限于2022年10月25日前报名并交费）。五、会议赞助：为了共同办好这次论坛，热烈欢迎各企业、科研院所,特别是大型电池/材料企业以及为电池/材料企业提供设备/仪器和服务的厂家赞助本次会议，并借此机会提高公司或单位的知名度。有关赞助事宜，请联系会议组委会。赞助商：本次会议设置总冠名、专场冠名、晚宴冠名、白金赞助商等赞助形式，赞助商根据不同的形式可分别享受到相应的权益。参展商：每个展位费用20000元（往届展商九折优惠），双开口展位23000元。包括2人的用餐、展台搭建、资料费用等。六、组委会联系方式：中国化学与物理电源行业协会E-mail:luhui@ciaps.org.cn北京中联毅晖国际会展有限公司E-mail:shaojie@sinobattery.com.cn中国化学与物理电源行业协会2022年8月30日

日前，为了进一步提高电动自行车锂电池质量安全谁，工业和信息部组织起草了《电动自行车用锂离子蓄电池安全技术规范》（GB 43854—2024）。从此，电动自行车的锂电池有了强制性国标。在我国城市街头，电动自行车社会保有量超过3.5亿辆，是千家万户的重要出行工具，超过20%的电动自行车配备了锂电池。锂电池在我们的生活中无处不在，带来了前所未有的便利，也隐藏着一些鲜为人知的威胁——那就是锂电池的产气行为。锂离子电池在正常使用过程中，由于电解液的氧化还原反应、正负极材料分解以及SEI膜分解等多种因素，可能会产生一定量的气体。这些气体在电池内部积聚，虽然初期可能不会对电池性能产生显著影响，但随着时间的推移，它们却可能成为潜在的“定时炸弹”。因此，为避免锂电池产气带来的潜在危害，我们需要深入研究产气行为规律，积极探索电池安全技术，并致力于开发更高品质的锂电池产品。（锂电池的产气成分研究）1、电池产气导致电池内部压力升高当压力超过电池外壳的承受极限时，电池可能会发生膨胀、泄漏甚至爆炸。这样的后果不仅可能损坏设备，更可能对用户造成人身伤害。（手机锂电池膨胀形变）2、电池产气影响电池性能和寿命由于产气行为的存在，电池内部有效空间被压缩，导致锂离子传递速度减慢。这不仅会降低电池的放电速率和能量密度，还会增加电池阻抗，电池更容易发热。日积月累，电池性能会加速衰减，寿命大大缩短。3、电池产气对环境造成污染虽然这些气体在正常情况下不会大量释放到环境中，但在电池损坏或回收处理不当的情况下，可能会泄漏到大气或水体中，对生态环境造成不良影响。面对这些潜在威胁，如何减少锂电池产气风险？1、源头上控制气体产生电池制造商通过不断优化生产工艺和材料配方，减少电解液和正负极材料中可能产生气体的杂质和残留物。同时，加强电池外壳的密封性和耐压能力也是必不可少的措施。2、注重电池保养和维护避免过充、过放和高温环境等恶劣条件对电池造成损害。此外，定期检查和更换老化的电池也是保障安全的重要手段。3、加强电池回收和处理建立健全的电池回收体系和处理机制可以最大限度地减少废旧电池对环境的影响和潜在危害。避免危机电池流入市场，引发安全事故。（锂电池热失控）《电动自行车用锂离子蓄电池安全技术规范》规定了电动自行车用锂离子蓄电池单体的安全要求，从电气安全、机械安全、环境安全、热扩散、互认协同充电、数据采集、标志等7个方面入手，从源头上提升锂离子蓄电池的本质安全水平。强制性新国标出台意味着市场需要更安全的锂电池产品。多个方面入手加强管理和控制减少气体产生的风险保障锂离子电池的安全和可靠性。通过专业测试仪器，了解电池在不同阶段的产气速率与产气总量，获取电池性能、质量和环境影响的重要信息。 （GPT-1000原位产气量测定仪）武汉电弛新能源有限公司推出了GPT-1000原位产气量测定仪，可实时、在线、连续、原位监测电池的产气行为，包括产气量和产气速率等参数，实现化成产气、过充产气、循环产气、存储产气等各阶段产气行为研究。GPT-1000原位产气量测定仪应用广泛，满足软包电池、方形/硬壳电池、圆柱电池、固态电池、钠电池等测试需求。

蓄电池是汽车上的主要储能装置，为车辆上的所有电子系统提供电力。现代的汽车电子化程度越来越高，电池缺电将会导致整车瘫痪。 蓄电池的保养方法： 　　轿车用的蓄电池使用超过2年后，容量及放电能力将会下降。一般车用蓄电池寿命不会超过4年。当然了，保养良好的蓄电池的寿命会更长。下面我们来学习一下加水型铅酸电池和免维护型铅酸电池的保养方法。 　　加水型铅酸蓄电池：注重电池液液位及电池液密度。 　　铅酸电池的电池液是由硫酸和蒸馏水混合而成的。电池放电时，水会变多而硫酸会变少，这就导致电池液密度降低；充电时，则相反，水会变少而硫酸会变多。电池液浓度则反映了电池液中水和硫酸的比例。正常的电解液密度为1.28/1.29-1.30。 　　作为车主，我们应该定期检查电池液液位。当电池液不足时应添加蒸馏水至适当液位。在为电池添加蒸馏水后，我们应该检查电池液密度，时刻保持电池液密度在合理的范围内。 　　免维护型铅酸蓄电池：定期检查魔眼并保持电量充足。 　　由于免维护型电池没有加水孔以及电池液液位刻度。我们需通过电池上的&ldquo 魔眼&rdquo 来判断蓄电池的状态。魔眼为绿色表示电池正常，充电足；魔眼为黑色表示需要充电；魔眼为白色表示电池需要更换。 　　放电能力需要使用专用的电池检测仪检测。ATAGO爱拓MASTER-BC电池液折射仪适用于测量电池液比重以及检测作为汽车上的防冻剂混合物,太阳能系统热催化剂或其他工业用途的乙二醇和丙二醇的冷冻温度，其具有现场快速检测，方便携带的特点。 　　我们一般会使用电压表来检查电池电压，虽然能检测出电池的电压值但却不能检查出电池带负载能力的好坏。为检查出电池的实际状况，我们应该使用专用的电池检测仪检查电池的放电能力及带负载的能力。

p 　　随着近些年新能源汽车、数码电子产品等锂离子电池应用领域的大力发展和推广，锂离子电池市场迅猛发展，预计2020年全球锂离子电池市场规模有望达到4500亿元。 /p p 　　相比于传统的镍氢电池，铅酸电池来说，锂离子电池具有能量密度高，无记忆效应，环境污染小等特点。 /p p 　　锂离子电池的主要材料有正负极、电池隔膜、电解液，这也是锂电池目前研究的热点领域和对象。其中在电极的制备过程中，锂电池浆料的性质，尤其是浆料的流变特性对最终电池的储电性能具有很大程度上的影响。 /p p 　　锂离子电池浆料含有活性材料及多种非活性物质，通过将其涂覆于金属集流体上来制备锂离子电池的电极。 /p p 　　锂离子电池中需要添加各种导电剂和粘结剂以形成导电网络，颗粒聚集在浆料中产生不均匀性，会导致复合电极中出现裂纹和空隙，使电子通路出现中断，从而影响电池性能。因此，制作分散均匀的、稳定的浆料成为重中之重。 /p p 　　锂离子电池浆料多为黑色不透明粘性流体或胶体状态，肉眼无法直接观测到分散是否均匀，不同分散状态的浆料又有着不同的粘度趋势。因此，流变特性是分析锂离子电池浆料分散状态的重要手段。 /p p 　　流变仪可在接近真实加工条件下，对样品在力、热作用下的行为进行研究，如样品的流动特性、加工过程中的结构变化、降解及混合质量等性质。锂离子电池浆料的流动特性与固含、搅拌工艺及加料顺序等都有很大的关系。另外，浆料的粘度和沉降稳定性也会对后续的涂布过程产生影响。 /p p 　　多项研究表明，锂电池的性能与浆料的粘度、添料次序、浆料固含、混合工艺、粘结剂种类、导电剂种类、溶剂种类、添加剂种类有关，且它们均是通过影响锂电池浆料的流变特性而影响最终的重放电性能。在体系相同的情况下，浆料的表观粘度基本与浆料的分散情况相关，浆料的分散程度越好，浆料的表观粘度越低。 /p p 　　制作分散均匀而稳定的浆料已成为提高锂离子电池性能的重要手段，流变仪则已成为锂电池开发研究过程中不可或缺的仪器。 /p

作者 | LPCM,University of Bordeaux I France.编译 | 文军前言上一篇中，我们向大家介绍了如何用拉曼研究锂电池充放电过程正负。今天，我们仍将和您聊一聊光谱分析对锂电池产业发展的深刻作用。您知道么，现在的拉曼光谱技术可以实时原位跟踪电池中离子浓度的变化，进而确定离子的扩散系数以及离子迁移数，在固态电解质电池分析中经常大显身手。同时越来越多的锂电研究都用到拉曼光谱技术。想要详细了解这些，您就跟我们一起走进拉曼篇（2）——固态电解质锂电池的原位研究吧！利用拉曼我们来分析什么？固态电解质电池相比传统液态电解液电池，可以有效避免电池漏液，而且还可以将电池做得更薄（厚度仅为0.1mm）、能量密度更高、体积更小，是未来锂电行业的发展方向。然而在电池的设计研究过程中，离子的扩散和定向迁移是设计任一款新型电池时必须考虑的因素，它直接关乎到电池的容量、充放电效率、使用寿命等，因此这两项指标的研究是非常重要的。目前，在液态的电解质中，有很多成熟的技术可以测量离子的扩散和定向迁移，但是对于聚合物电解质来说，这些技术已经不再适用。此时，显微拉曼光谱成为一种可供选择的替代工具，可以实时原位跟踪电池中离子浓度的变化，进而确定离子的扩散系数以及离子迁移数。接下来，我们就来以法国波尔多大学分子物理化学实验室的研究为例，看看他们是如何利用拉曼光谱技术进行锂电池研究的。1案例：锂/固态聚合物/锂对称型电池分析本案例中，波尔多大学的研究人员选用Li/PEOLiTFSI/Li对称型电池作为分析对象，利用拉曼光谱得到的浓度曲线，确定锂盐的扩散系数以及离子迁移数。在电池充电之前，研究人员首先进行一遍测量，检查整个电解质中锂盐浓度的均匀性。然后依次施加方向相反的恒定电流，利用 HORIBA 激光拉曼光谱仪原位测量达到稳定状态后电解质，建立浓度梯度。后，通过得到的实验结果，研究人员可以直观的看到电流密度和锂盐浓度值的关系（结果参见下图）。正如预期的那样，浓度梯度的大小随着所通电流密度值增大而增大。据此，我们还可以得出达到稳定状态后锂盐浓度随着弛豫时间变化的信息[1]，从而进一步确定扩散系数和离子迁移数。1. （上）锂电和PEOLiTFSI电解质之间的实验测量点，红色标记为选定的测量点，横坐标为各点之间距离2.（下）拉曼光谱成像显示出的锂盐浓度，该浓度值依赖于位置（横坐标），充放电电流和弛豫时间（左侧纵坐标）。2其他案例除了上述对锂/固态聚合物/锂对称型电池进行拉曼分析，波尔多大学的研究人员还做了两项其他方面的研究：1利用显微拉曼光谱解析电解质的P(EO)n LiTFSI薄膜中的锂盐浓度。2利用拉曼光谱对锂离子在LixV2O5负材料中的插入和脱出进行分析，发现拉曼可以作为电测试之外另一种行之有效的手段，从而更好地认识复合电中发生的离子插入。因篇幅所限，本文暂不赘述，您可以手机识别二维码索取详细测试研究分析报告。为什么越来越多锂电研究用到拉曼光谱技术？显微拉曼光谱技术可以通过一个可观察的窗口进行微型电池的原位表征，就是说我们可以实时追踪到电池中正在进行的变化。此外，现代显微拉曼技术所具备以下卓越的性能，较其他测量技术具备以下突出的优势，因此受到越来越多的锂电研究人员的关注。1实时监测锂电池的充放电过程，要求拉曼光谱仪具有快速的数据采集、拉曼成像和高通量等特点。因此，研究人员可以追踪快速的化学反应过程，如离子扩散和迁移。2电池的小型化是未来微电池的发展需求，而在透明的电解质中，显微拉曼的空间分辨率可达到衍射限（亚微米），这就使得显微拉曼助力微电池研究切实可行。致 谢本文结果是在法国波尔多大学分子物理化学实验室取得的。特别感谢J-C. Lassègues教授和L. Servant教授从他们的广泛的拉曼-光谱化学研究工作中提供的实验数据。参考文献[1] Raman spectroelectrochemistry of a Lithium/polymer electrolyte symmetric cell, Isabelle rey, jean-Luc Bruneel, Joseph Grondin, Laurent servant and jean-Claude Lassègues, J. Electrochem. Soc., 145(9), pp3034-3042.免责说明HORIBA Scientific公众号所发布内容（含图片）来源于文章原创作者提供或互联网转载。文章版权、数据及所述观点归原作者原出处所有，HORIBA Scientific 发布及转载目的在于传递更多信息及用于网络分享，供读者自行参考及评述。如果您认为本文存在侵权之处，请与我们取得联系，我们会及进行处理。HORIBA Scientific 力求数据严谨准确，如有任何失误失实，敬请读者不吝赐教批评指正。我们也热忱欢迎您投稿并发表您的观点和见解。HORIBA科学仪器事业部结合旗下具有近 200 多年发展历史的 Jobin Yvon 光学光谱技术，HORIBA Scientific 致力于为科研及工业用户提供先进的检测和分析工具及解决方案。如：光学光谱、分子光谱、元素分析、材料表征及表面分析等先进检测技术。今天HORIBA 的高品质科学仪器已经成为全球科研、各行业研发及质量控制的首选。

p 　　美媒称，佐治亚理工学院的研究人员发现了表明以钠和钾为基础的电池有望成为锂电池之潜在替代品的新证据。 /p p 　　据美国每日科学网站6月19日报道，从单次充电就能行驶数百英里的电动车，到与汽油锯一样威力巨大的链锯，每年都有利用电池技术最新进步的新产品进入市场。 /p p 　　但这种增长势头导致人们担心，世界上的锂供应可能最终会耗尽。锂这种金属是许多新型充电电池的核心材料。 /p p 　　报道称，现在，佐治亚理工学院的研究人员发现了表明以钠和钾为基础的电池有望成为锂电池之潜在替代品的新证据。 /p p 　　乔治· W· 伍德拉夫机械工程学院以及材料科学和工程学院的助理教授马修· 麦克道尔说：“钠离子和钾离子电池的最大障碍之一是，与其他电池相比，它们的衰减和老化速度往往较快，而储存的能量较少。但我们发现，情况并非始终如此。” /p p 　　报道称，研究团队研究了三种不同的离子——锂、钠和钾——是如何与硫化铁颗粒发生反应的。这项研究得到美国国家科学基金会和能源部资助，相关论文于6月19日发表在《焦耳》杂志上。 /p p 　　在电池充电和放电时，离子会不断与构成电池电极的颗粒发生反应，并穿透这些颗粒。这一反应过程会导致电极颗粒发生大量变化，通常会将它们粉碎成细微颗粒。由于钠离子和钾离子大于锂离子，所以传统上人们认为，它们在与颗粒发生反应时会导致更严重的老化。 /p p 　　报道称，在实验中，他们在电子显微镜下直接观察电池内发生的反应，其中硫化铁颗粒发挥电池电极的作用。研究人员发现，与钠离子和钾离子发生反应的硫化铁比与锂离子发生反应的硫化铁更为稳定，表明以钠或钾为基础的电池寿命可能比预期的要长得多。 /p p 　　与不同离子发生反应的方式之间的差异显而易见。在与锂接触时，硫化铁在电子显微镜下看上去几乎要爆炸一样。与之相反，在与钠和钾接触时，硫化铁像气球一样慢慢膨胀。 /p p 　　佐治亚理工学院的研究生马修· 伯宾格说：“我们看到了一种非常稳定、没有发生断裂的反应。这表明，这种材料和其他类似材料能被用于制造经久耐用、具有更大稳定性的新型电池。” /p

全固态锂硫电池能从根本上解决液态锂硫电池的“穿梭”效应，同时兼具高能量密度和长循环，极具市场前景。与硫正极相比，硫化锂正极在循环稳定性、与负极的兼容性等方面更具优势，不过，硫化锂正极全固态电池存在导电性差和动力学缓慢的问题，严重阻碍了其商业化应用。而在近日，中国科学院青岛生物能源与过程研究所的研究团队成功开发出了基于硫化锂正极的高比能长循环全固态锂硫电池，这种新型电池的能量密度超过600 Wh/kg，比目前商业化的锂离子电池高出一倍以上。针对硫化锂正极全固态电池存在的问题，研究团队提出了利用Cu+、I-离子共掺杂策略来提高硫化锂正极的导电性及反应活性。密度泛函理论（DFT）计算表明，Cu+、I-双离子共掺杂能够显著降低锂离子扩散能垒，促进锂离子扩散，从而提高双掺杂Li2S电池的电化学性能。测试结果表明，同常规硫化锂正极相比，双掺杂硫化锂正极的锂离子扩散系数提高了5个数量级，电子电导率提高了2个数量级，从本征上解决了硫化锂正极的绝缘性问题。该硫化锂正极显示出1165.23 mAh g-1的高比容量，接近理论值1167 mAh g-1，并且在常温下循环6200次后，其容量仍可保持84.4%，搭配商业化的Si-C负极组装全电池后，常温下循环400次放电比容量仍保持初始容量的97%以上。据悉，研究团队的这一突破为高能量密度全固态电池的开发提供了新方法和新思路，并且因该固态电池不使用稀有金属，彻底解决了锂电正极材料的高成本难题，未来有望在电动汽车等领域得到广泛应用。

p 　　美国能源部可再生能源实验室(NREL)的科学家们开发了一种制造可充电无水镁电池的新方法。 br/ /p p 　　近期刊登在Nature Chemistry上的一篇论文引起了轰动，该篇论文详细阐述了科学家开发镁金属在无腐蚀性碳基电解质中发生可逆化学反应的过程，并且该过程通过了接下来的测试。比起锂离子电池，该技术具有更有潜力的优势——其中最大的优势是具有更高的能量密度、更强的稳定性和更低的成本。 /p p 　　Seoung-Bum Son, Steve Harvey, Andrew Norman 和 Chunmei Ban是NREL的研究人员，同时也是Nature Chemistry 白皮书《碳酸盐中人造可逆的镁化学反应》的合著者，他们利用飞行时间二次离子质谱仪来辅助自己的研究工作。该设备可以帮助他们在纳米尺度上研究材料退化和失效机制。 /p p 　　NREL材料科学部门的科学家、《碳酸盐中人造可逆的镁化学反应》的作者之一Chunmei Ban表示：“作为科学家，我们总是在想接下来会发生什么。”她认为在市场上占主导地位的锂离子电池技术已经触摸到了技术上的天花板，因此迫切需要探索新的化学电池技术，以更低的成本提供更多的能量。 /p p 　　NREL前博士后，现科学家科学家，该论文的第一作者Seoung-Bum表示：“这一发现将为镁电池的设计提供新的途径。”其他合著者则是Steve Harvey, Adam Stokes, 和 Andrew Norman。当离子从负极流向正极时，电化学反应就会使电池产生能量。对于锂电池来说，电解液是含有锂离子的盐溶液。而电池技术的关键在于化学反应必须是可逆的，只有这样电池才能实现充电过程。 /p p 　　理论上讲，同体积的镁(Mg)电池所能储存的能量几乎是锂离子电池的两倍。但是之前的研究遇到了一个难题：传统的碳酸盐电解质会因为化学反应在镁表面形成一道屏障，这会阻碍电池的充电过程。镁离子可以通过高腐蚀性的液体电解质流向相反的方向，但这也打消了高压镁电池的可能性。 /p p 　　而为了解决这个难题，研究人员开发了一种由聚丙烯腈和镁离子盐组成的人工固体电解质夹层，这可以保护镁阳极表面。而最终这种受保护阳极的性能也得到了改善。 /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201804/insimg/f5d8577d-dfe1-4599-8433-a5dce896b151.jpg" title=" 201804080849345113.jpg" / /p p style=" text-align: center " NREL科研人员攻克可充电镁电池难关示意图(图片来源：John Frenzl) /p p 　　上文中的插图显示了NREL的科学家是如何解决可充电镁电池问题的。 /p p 　　科学家们组装了标准电池，证明了人工中间相的有效性，而最终的结果也令人十分欣喜：Mg在具有保护阳极的电池的碳酸盐电解质中发生了可逆化学反应，这一现象是镁电池领域的首次发现。与没有保护阳极的原型电池相比，带有保护阳极的镁电池可以提供更多的能量，并且可以维持周期性的充放电过程。此外，该科研小组还充分展示了镁电池的充电能力，这也首次为解决阳极/电解质不相容问题以及离子离开阴极收到限制的问题提供了解决方法。 /p p 　　与锂相比，镁的获取范围更广，并且与锂电池这种更成熟的电池技术相比，镁电池还具有其他的潜在优势。首先，镁可以释放两个电子，这是锂的两倍，这使得它可以产生几乎两倍于锂的能量。其次，镁电池中没有枝晶的生长，这种枝晶很容易导致短路，从而导致过热甚至事故的发生，这种特质使得镁电池比锂离子电池更加安全。 /p

锂离子电池锂离子电池（LIB）是21世纪以来最为热门的储能器件之一，具有能量密度高、单体输出电压高、循环性能优越、可快速充放电和使用寿命长等优点，被广泛应用于消费电子产品、电动汽车和新能源电站的储能电源系统等[1]。LIB主要是由正极材料、负极材料、隔膜、电解液和外壳组成。其中，正极材料作为锂离子的主要来源，负极材料是提供比容量的重要因素，隔膜提供锂离子传输的微孔通道。其结构示意图如图1所示，充电时，锂离子（Li+）从正极脱出在电解液中穿过隔膜到达负极并嵌入到负极晶格中，此时正极处于贫锂态，负极处于富锂态；而放电时，Li+再从富锂态的负极脱出再次在电解液中穿过隔膜到达贫锂态的正极并插入正极晶格中，此时正极处于富锂态，负极处于贫锂态[2]。图1 锂离子电池结构示意图基于国仪量子自主研制的扫描电子显微镜，在锂离子电池领域中可以对正极材料、负极材料、隔膜等进行快速、可靠的材料检测，避免因原料质量低、引入杂质、加工工艺不当引起的电池失效。助力锂电材料的深入研究，进而从各个方面改善锂离子电池性能。国仪量子电子显微镜产品全景图扫描电镜在锂电正极材料中的应用正极材料是锂离子电池中的“锂源”，通常既要提供充放电时在正负极之间往返的锂离子，又要提供锂离子电池首圈充放电形成的固体电解质相界面(简称SEI)膜时于负极所消耗掉的锂离子。电池功率受到正极材料的结构、掺杂改性、表面包覆及制备工艺等多种因素的影响[1]。开发具有安全、经济、高性能、大容量等优点的正极材料将有效地促进LIB的广泛应用[3]。如图2和图3所示，扫描电子显微镜不仅可以对正极材料的浆料和极片进行粒径分析和整体形貌的拍摄，而且为特定的正极材料体系深入研究和探索提供了有力条件。使用扫描电子显微镜可以对调浆后的正极材料以及经涂布、辊压后极片表面的正极活性物质分布、导电添加剂均匀性程度和分散性进行检测。另外借助扫描电子显微镜可对正极材料及其前驱体的单颗粒形貌、颗粒分布情况进行表征。据扫描电子显微镜呈现的结果可以针对性帮助正极材料进行设计和改进，大幅度提高材料的结构稳定性及LIB的性能。图2-1 正极浆料/10kV/ETD图2-2 正极极片/3kV/Inlens图3-1 三元正极前驱体/3kV/Inlens图3-2 磷酸铁/3kV/BSE图3-3 锰酸锂/5kV/ETD图3-4 磷酸铁锂/15kV/ETD扫描电镜在锂电负极材料中的应用负极的锂离子插入能力是决定锂离子电池性能的主要因素。为了追随先进正极材料的发展，需要开发大容量的负极材料来提高整个锂离子电池的性能。自1991年对石墨商业化生产以来，石墨一直作为主要的负极材料。石墨具有成本低、无毒性、重复循环和结构稳定等优点[4]。由图4和5可知，扫描电镜可以对调浆后的材料以及涂覆后的极片进行表面形貌分析，同时对石墨负极进行尺寸、形状图像分析，以帮助解释不同石墨负极引起的LIB性能差异。利用扫描电子显微镜可以清晰观察到石墨表面的片层结构形貌。图4-1 负极浆料/3kV/Inlens图4-2 负极极片/10kV/ETD图4-3 负极极片/3kV/Inlens图5-1 石墨负极/5kV/ETD图5-2 球形石墨表面/3kV/ETD扫描电镜在锂电隔膜中的应用作为锂电池的关键材料，隔膜在其中扮演着隔绝电子的作用，既可以阻止正负极直接接触，又可以允许电解液中锂离子自由通过。隔膜对于保障电池的安全运行有至关重要的作用[5]。当前，市场上商业化的锂电隔膜主要是以聚乙烯（PE）和聚丙烯（PP）为主的微孔聚烯烃隔膜，这类高分子材料凭借着较低的成本、良好的力学性能、优异的化学稳定性和电化学稳定性等优点被广泛应用于锂电隔膜中。国仪量子扫描电子显微镜可以在低压下直接观察到隔膜表面的精细结构，并且根据拍摄的形貌图像照片可以对隔膜进行孔径和孔隙率分析（图6）。图6-1 隔膜/5kV/ETD图6-2 干法拉伸隔膜/0.5kV/Inlens锂电材料分析测试前沿解决方案国仪量子以先进的量子精密测量技术为核心，聚焦科学仪器主航道，推出了一系列“人无我有”“人有我优”的高端科学仪器，针对锂离子电池行业推出了系统化的原材料检测分析与产品质量检测方案。基于国仪量子自主研制的扫描电镜、比表面及孔径分析仪、电子顺磁共振波谱仪等高端科学仪器，可分别对锂离子电池的负极材料、正极材料、隔膜等原材料进行检测，避免因原料质量低、引入杂质和加工工艺不当而引起的电池失效。欢迎扫描下方二维码下载PDF！参考资料[1]陈港欣,孙现众,张熊 等. 高功率锂离子电池研究进展[J].工程科学学报,2022,44(04):612-624.[2]郭炳焜, 徐徽, 王先友, 等. 锂离子电池[M]. 长沙: 中南大学出版社, 2005: 48-65.[3]李仲明，李斌，冯东，曾天标.锂离子电池正极材料研究进展[J].复合材料学报,2022,39(2): 513-527.[4]彭盼盼，来雪琦，韩啸，伊廷锋.锂离子电池负极材料的研究进展[J].有色金属工程,2021,11(11): 80-91[5]王振华，彭代冲，孙克宁.锂离子电池隔膜材料研究进展[J].化工学报,2018,69(1): 282-294

p style=" text-indent: 2em " 随着可再生能源开发利用规模的不断扩大及智能电网产业的迅速崛起，储能技术的重要性日益凸显。记者7日获悉，由美国斯坦福大学崔屹教授领衔的研究团队介绍了一种可循环充电1万次以上的锰氢气电池，可实现10年以上的稳定性能。该成果发表在《自然· 能源》上。 /p p style=" text-indent: 2em " 据该成果的第一作者、美国斯坦福大学材料科学与工程学院的陈维博士介绍，他们发明的锰氢气电池使用高表面积的碳作为正极集流体，易溶于水的硫酸锰盐作为电解液，由催化剂控制的氢气作为负极。该电池从设计、充放电原理、测试方法和性能上都有别于以往任何水系电池。 /p p style=" text-indent: 2em " 成果显示，锰氢气电池具有非常优异的电化学性能，比如稳定的放电电压1.3伏，高倍率的放电电流100mA/cm2，大于1万次的稳定循环，以及较高的质量能量密度139Wh/kg和体积能量密度210Wh/L。而且，该电池很容易放大用于大规模储能。 /p p style=" text-indent: 2em " 大规模储能是实现可再生能源普及应用的核心技术。现有的大规模储能技术（如抽水储能、压缩空气储能）以及各种蓄能电池（如锂离子电池、钠硫电池、液流电池）等均存在不同的问题，远不能满足大规模储能廉价、安全、高能量密度和高稳定性的要求。崔屹表示：“锰氢气电池的发明将对大规模储能的格局产生重要影响，进一步缓解由传统化石能源带来的严重碳排放和空气污染。” /p

2020年3月，某新能源汽车公司一则动力电池“针刺试验”视频将锂电池的安全问题推向了风口浪尖。视频中对比了三种动力电池——三元锂电池、磷酸铁锂块状电池与刀片电池，在针刺之后，电池发生短路，三元锂电池出现明火燃烧，磷酸铁锂块状电池虽无明火，但有出现冒烟，刀片电池则无火无烟。日常生活中，锂电池在不规范使用过程中仍有可能发生短路现象，比如高功率快速充电引起自燃。 锂离子电池在充放电过程中，锂离子在正、负极之间往返嵌入/脱嵌，如果充电功率过高锂离子快速脱出并“游向”负极，锂离子可能会在表面析出形成锂枝晶，如果锂枝晶不断生长，就会从负极刺穿到隔膜，造成电池短路自燃。岛津通过最新的Axis Supra+光电子能谱仪分析了造成短路的“罪魁祸首”锂枝晶的内部成分及形貌像，我们一起来看一下！图1. Axis Supra+光电子能谱仪图2. 锂离子电池结构图 X射线光电子能谱（XPS）技术现在已经成为科研分析中的日常表征手段，通过XPS结合岛津Minibeam 6型团簇离子枪可以给出材料表面元素、价态及其随深度的变化情况，离子枪加速电压可以达到20kV，相比于10kV的加速电压，离子溅射速率提升了约20倍，使其不仅可对较软的有机材料进行刻蚀，也可对无机材料进行刻蚀，如图3是Minibeam 6型团簇枪的结构图。Axis Supra+配备了独有的“半球型分析器(HSA) +球镜型分析器(SMA)”双层分析器设置，通过独立的球镜型分析器（见图4）可以对材料表面元素进行快速的化学态成像，两种技术强强联手，对锂离子电池的电极进行了表征。图3. Minibeam 6型团簇离子枪图4. 镜像分析器原理 首先通过XPS全谱分析了电极表面的主要元素，主要存在Mg、Li、Cu、O、C及少量的F、Na、Cl、S，全谱图如图5所示，之后对材料表面进行团簇刻蚀分析。刻蚀电压选择为20kV，Ar团簇数为500，此模式下刻蚀能量大，团簇数小，可以对无机材料进行快速的刻蚀，团簇刻蚀均分到每个Ar原子的能量只有40eV，因此对材料的化学态影响较小。图6是团簇刻蚀得到的元素深度分布曲线，从图中可看出，在刻蚀到2500s时，Cu元素为主要存在元素，说明已基本刻蚀到电极表面。Li、O、Cl元素靠近样品表面，Mg元素在表面与体相的分布则比较均衡。 图5. 电极表面XPS全谱图6. 电极表面的深度剖析图 深度剖析给出了材料元素的纵向分布情况，XPS成像则可以给出表面元素的横向分布情况。如图7是材料表面元素的叠加XPS成像，红色为Cl元素，蓝色为Mg元素，可以看出表面呈枝晶状分布的Cl元素，充电时Li元素与其共同沉积在电极表面形成了枝晶，Mg则属于电极表面的元素。为了对枝晶的物种成分进行分析，对枝晶区域采集了小面积的XPS精细谱，如图8所示，高氯酸盐的存在形式表明枝晶物种成分主要为高氯酸锂。 图7. 电极表面XPS成像(红色为Cl，蓝色为Mg)图8. Cl元素的XPS精细谱结 论安全无小事，跟人们生活密切相关的电池安全更是如此，随着锂电池研究的深入，锂电池部件表界面的状态扮演着越来越重要的角色，比如锂的嵌入与脱出、SEI膜的形成机理与作用、隔膜的表面修饰等等，XPS作为表面分析中重要的研究手段，正在成为锂离子电池研究开发的利器！本例中通过Axis Supra+型光电子能谱仪对锂离子电池电极进行了分析，结合团簇剖析与XPS成像分别给出了材料表面元素纵向与横向的分布情况，对电极表面及枝晶的“化学形貌像”进行了生动的呈现！ 撰稿人：王文昌

1. 前言随着全球工业化的进展，能源需求的增长，研究高性能的储能装置受到相关领域的广泛关注，锂离子电池是目前综合性能优异的电池体系。锂离子电池属于二次电池，可以充电后，再次使用，常用在电动汽车，手机，便携笔记本电脑中，属于绿色环保能源。具有体积小，寿命长，高电压，高功率密度，无记忆效应等特点。1.1 锂离子电池工作原理锂离子电池主要通过锂离子的“嵌入/脱出”实现电池能量的存储和释放。过渡金属的嵌锂化合物常用于正极材料，他们的晶格结构对电池的容量至关重要。如以LiCoO2为例，充电过程发生的反应如下：充电时，在外电场作用下，Li+从LiCoO2晶格脱出，穿过电解液隔膜，嵌入石墨负极，电子通过外电路从正极流出，流入负极，正极电压升高，负极电压降低，电池端电压升高，完成充电。放电时，Li+从石墨负极脱出，嵌入LiCoO2正极，电子经外电路从负极流出，对负载做功，流入正极，正极电压降低，负极电压升高，电池端电压降低，实现放电做功。 1.2 锂离子电池电解液正极材料，负极材料，隔膜材料，电解液材料是锂离子电池的四大关键部分。研发电池的关键材料是国内外开发的重点。其中电解液被称为锂离子电池的“血液”，是正负极材料之间传输电子的通道，是获得高功率，高能量密度，长寿命的锂离子电池的保证。电解液通常由纯度高的有机溶剂、锂盐、添加剂等组成。随着锂离子电池不断的充放电过程，电池会出现劣化，其中电解液状态是评价电池劣化的最主要因素之一，也是评价电池劣化的最直观的方法。因此，分析电解液的劣化非常重要。电解液分析的传统方法，如GC / LC-MS、核磁共振、傅里叶红外，这些方法在样品制备和前处理方面，耗时长，操作繁琐。另外，对于电解液中含量较少的成分，传统的方法很难检测出它们的变化差异。而三维荧光结合多变量分析方法，能够以更短的时间、更容易、高灵敏度的检测电解液的变化。客户可以使用三维荧光进行电解液中成分变化的筛选，联合传统分析方法确定变化的具体物质。因此三维荧光提供了一种快速寻找电池劣化的原因，可以有效减少或避免在研发或使用过程产生这种劣化的原因，大幅提高分析效率。 详细的应用数据请点击：https://www.instrument.com.cn/netshow/sh102446/s926995.htm荧光分光光度计F-7100和多变量分析软件3D SpectAlyze日立荧光分光光度计具有超高的扫描速度，无需复杂的样品前处理，能够快速测定样品。另外，日立具有专用多变量分析软件3D SpectAlyze，因此可以提供数据测量和解析一体化，从而获取样品的详细信息。使用荧光分光光度计结合多变量分析软件可以快速评价荧光强度发生变化的体系。

■ 自2018年下半年以来，新能源汽车屡屡发生起火、自燃等动力电池安全事故，严重影响了消费者对新能源汽车的使用信心。前不久，工信部就新能源汽车动力锂电池产品质量安全问题约谈了多家新能源公司，要求对已销售的产品开展自查自纠，针对产品质量问题提出对策，并对动力电池的研发、生产、检测和售后等各环节进行系统梳理和整顿优化。监管机构对于新能源行业的安全提出了更高要求，提升汽车动力锂电池安全迫在眉睫。 ■ 岛津X射线微焦点CT对汽车动力电池从正负极材料到装配好的电池都可以实行无损检测，观察正、负极材料内部结构，确认颗粒尺寸分布，助推研发和品质管控，也可以实现在充放电过程中进行原位测试，便于实行工艺优化和控制。 锂离子电池电极3D像 本文展示岛津CT在正极材料和负极材料观测和尺寸测量方面的应用，是为上篇。下篇将展示岛津CT在成品电池观测方面的应用，以及充放电时的原位观测。 ｜正负极材料CT观察｜ 汽车动力锂电池原材料现有主材主要有四种：正极材料、负极材料、隔离膜和电解液。X射线微焦点CT对汽车动力锂电池原材料分析中，能够清晰观察正、负极材料内部结构及测量尺寸，轻松确认组成颗粒的大小、颗粒大小的变化和厚度等。而正、负极材料中的颗粒尺寸大小、物相是否均一、粉体粒径的大小及分布是否均匀决定了动力锂电池的性能，因此用X射线微焦点CT观察正、负极材料变得尤为重要。 岛津inspeXio SMX-100CT ｜正极材料观察及分析｜ 通过扫描一块长宽约为2mm的正方形的正极材料，得到MPR（多平面重建）图像（图1），可以观察出正极材料具有颗粒状结构。 图1 正极MPR图像 再通过软件对其尺寸测量，如图2所示，表明组成颗粒大小都约为20μm，再通过3D图像(图3)显示可以确认正极具有分层的结构。 图2 正极尺寸测量图像 图3 正极3D图像 ｜负极材料观察及分析｜ 同样通过扫描一块长宽约为2mm的正方形的负极材料，得到MPR（多平面重建）图像（图4），可以观察出负极材料具有鱼鳞片状结构。 图4 负极MPR图像 再通过软件对其尺寸测量，如图5所示，最大的石墨片长度约为100μm。图6所示是负极的CT图像3D显示效果。在该图中，石墨被涂成蓝色，以区别于黄色的铜箔。通过这种方式，可以通过3D显示效果来三维观察负极。 图5 负极尺寸测量图像 图6 负极3D图像 岛津微焦点X射线CT能够无损观察物品的内部结构。因此，可用于分析有缺陷的电池、比较合格和不合格的电池、比较充电或放电前后的电池状态、评估循环测试期间的电池内部结构的变化等。在此示例中，使用了inspeXio SMX-100CT微焦点X射线CT系统观察可充电锂离子电池中的电极，并进行颗粒尺寸测量，进而为工艺优化及质量控制提供科学可靠的指导。 撰稿人：黄军飞

研究镀层特性，有哪些常用的分析技术? 　　如今，大多数材料不是多层结构，如薄膜光伏电池、LED、硬盘、锂电池电极、镀层玻璃等就是表面经过特殊处理或是为改善材料性能或耐腐蚀能力采用了先进镀层。为了很好地研究和评价这些功能性镀层特性，有多种表面分析工具应运而生，如我们熟知的X射线光电子能谱XPS、二次离子质谱SIMS、扫描电镜SEM、透射电镜TEM、椭圆偏振光谱、俄歇能谱AES等。 　　为什么辉光放电光谱技术受青睐? 　　辉光放电光谱仪作为一种新型的表面分析技术，虽然近年来才崭露头角，但已受到了越来越多的关注。与上述表面分析技术相比，辉光放电光谱仪在深度剖析材料的表面和深度时具有不可替代的独特优势，它的分析速度快、操作简单、无需超高真空部件，并且维护成本低。 　　辉光放电光谱仪最初起源于钢铁行业，主要被用于镀锌钢板及钢铁表面钝化膜等的测定，但随着辉光放电光谱技术的逐步完善，仪器的性能也得以提升，可分析的材料越来越广泛。 　　其性能的提升表现在两方面：一方面随着深度分辨率的不断提升，辉光放电光谱技术已可以逐渐满足薄膜的测试需求。现在，辉光放电光谱仪的深度分辨率可达亚纳米级别，可测试的镀层厚度从几纳米到150微米，某些特殊材料可以达到200微米。 　　另一方面是辉光源的性能改善，以前辉光放电光谱仪主要用于钢铁行业的测试，测试的镀层样品几乎都是导体，DC直流的辉光源即可满足该类测试，但随着功能性镀层的不断发展，越来越多的非导体、半导体镀层出现，这使得射频辉光源的独特优势不断凸显。射频辉光源既可以测试导体也可以测试非导体样品，无需更换任何部件和测试方法，使用方便。如果需要测试热敏材料或是为抑制元素热扩散则需选用脉冲射频辉光源。脉冲模式下，功率不是持续性的作用到样品上，可以很好地抑制不期望的元素扩散或是造成热敏样品的损坏，确保测试结果的真实准确。 　　辉光放电光谱的工作原理 　　辉光放电腔室内充满低压氩气，当施加在放电两极的电压达到一定值，超过激发氩气所需的能量即可形成辉光放电，放电气体离解为正电荷离子和自由电子。在电场的作用下，正电荷离子加速轰击到(阴极)样品表面，产生阴极溅射。在放电区域内，溅射的元素原子与电子相互碰撞被激化而发光。 辉光放电源的结构示意图，样品作为辉光放电源的阴极 　　整个过程是动态的，氩气离子持续轰击样品表面并溅射出样品粒子，样品粒子持续进入等离子体进行激化发光，不断有新的层在被溅射，从而获得镀层元素含量随时间的变化曲线。 　　辉光放电等离子体有双重作用，一是剥蚀样品表面颗粒 二是激发剥蚀下来的样品颗粒。在空间和时间上分离剥蚀和激发对于辉光放电操作非常重要。剥蚀发生在样品表面，激发发生在等离子体中，这样的设计可以很好地抑制基体效应。 　　氩气是辉光放电最常用的气体，价格也相对便宜。氩气可以激发除氟元素外所有的元素，如需测试氟元素或是氩元素时需采用氖气作为激发气体。有时也会使用混合气体，如Ar+He非常适合于分析玻璃，Ar+H2可提高硅元素的检出，Ar+O2会应用到某些特殊的领域。 　　光谱仪的主要功能是通过收集和分光检测来自等离子体的光以实现连续不断监控样品成分的变化。光谱仪的探测器必须能够快速响应，实时高动态的观测所有元素随深度的变化。辉光放电光谱仪中多色仪是仪器的重要组成部分，是实现高动态同步深度剖析的保障。而光栅是光谱仪的核心，光栅的好坏决定了光谱仪的性能，如光谱分辨率、灵敏度、光谱仪工作范围、杂散光抑制等。辉光放电是一种较弱的信号，光通量的大小对仪器的整体性能有至关重要的影响。 　　如何进行定量分析? 　　和其他光谱仪一样，通过辉光放电光谱仪做定量分析也需要建立标准曲线。不同的是，辉光放电光谱仪的标准曲线不仅是建立信号强度和元素浓度之间的关系，还会建立时间和镀层深度间的关系。 　　下图是涂镀在铁合金上的TiN/Ti2N复合镀层材料的元素深度剖析，直接测试所得的信号强度(V)vs时间(s)的数据经过标准曲线计算后可获得浓度vs深度的信息，可清晰的读取各深度元素的浓度。 　　想建立标准曲线就会涉及到标准样品，传统钢铁领域已经有非常成熟的方法及大量的标准样品可供选择。然而一些先进材料和新物质，很难找到标准样品做常规定量分析。HORIBA研发的辉光放电光谱仪针对这类样品开发了一种定量分析方法，称为Layer Mode，该方法可以使用一个与分析样品相类似的参比样品建立简单的标准曲线，实现对待测样品的半定量分析。 　　辉光放电光谱的主要应用 　　除了传统应用领域钢铁行业，辉光放电光谱仪现在主要应用于半导体、太阳能光伏、锂电池、硬盘等的镀层分析。下面就这些新型应用阐述一下辉光放电光谱仪的独特优势。 　　1. 半导体-LED芯片 　　如上图所示，LED芯片通常是生长在蓝宝石基底上的多镀层结构，其量子阱活性镀层非常薄(仅有几纳米)，而且还包埋在GaN层下。这种结构也增加了分析的难度。典型的表面技术如SIMS和XPS可以非常好表征这个活性镀层，但是在分析过程中要想剥蚀掉上表面的GaN层到达活性镀层需要耗费几个小时，分析速度慢，时效性差。 　　辉光放电光谱仪的整个分析过程仅需几十秒即可获得LED芯片镀层中各元素随深度的分布曲线，可快速反馈工艺生产过程中遇到的问题。 　　2、太阳能光伏电池 　　太阳能电池中各成分的梯度以及界面对于光电转换效率来说至关重要，辉光放电光谱仪可以快速表征这些成分随深度的分布，并通过这些信息优化产品结构，提高效率。分析速度快、操作简单、非常适用于实验室或工厂大量分析样品。 　　3、锂电池 　　锂离子电池的正极材料是氧化钴锂，负极是碳。 　　锂离子电池的工作原理就是指其充放电原理。当对电池进行充电时，电池的正极上有锂离子生成，生成的锂离子经过电解液运动到负极。而作为负极的碳呈层状结构，它有很多微孔，到达负极的锂离子就嵌入到碳层的微孔中，嵌入的锂离子越多，充电容量越高。 　　同理，当对电池进行放电时(即我们使用电池的过程)，嵌在负极碳层中的锂离子脱出，又运动回到正极。回到正极的锂离子越多，放电容量越高。我们通常所说的电池容量指的就是放电容量。 　　辉光放电光谱仪可以通过测试正负电极上各种元素随深度的分布来判定其质量及使用寿命等。 　　辉光放电光谱仪除独立表征样品外，还可以和其他分析手段相结合多方位全面的进行表征。如辉光放电光谱仪可以与XPS、SEM、TEM、拉曼和椭偏等技术共同分析。 　　总体来说，辉光放电光谱仪是一种非常方便快速的镀层分析手段。它的出现极大地解决了工艺生产中质量监控、条件优化等问题，此外还开拓了新的表征方向。 　　关于HORIBA 脉冲射频辉光放电光谱仪 　　HORIBA研发的脉冲射频辉光放电光谱仪是一款用于镀层材料研究、过程加工和控制的理想分析工具。脉冲射频辉光放电光谱仪可对薄/厚膜、导体或非导体提供超快速元素深度剖析，并且对所有的元素都有高的灵敏度。 　　脉冲射频辉光放电光谱仪结合了脉冲射频供电的辉光放电源和高灵敏度的发射光谱仪。前者具有很高的深度分辨率，可对样品分析区域进行一层层剥蚀 后者可实时监测所有感兴趣元素。 　　(本文由HORIBA 科学仪器事业部提供)