铜离子

国电长源电力股份有限公司于湖北省荆州市沙市区，目前正新建生物质燃料发电改造项目工程，兴建全国单机容量最大的秸秆发电厂。沙市热电厂关停了以煤为原料的3台小火电机组，厂方将其中一台改造为112吨/小时生物（秸秆）直燃锅炉，同时新建一台112吨/小时的生物直燃锅炉。建成后，单台机组发电容量为5万千瓦时，将是全国单机容量最大的发电机组。 发电厂中发电厂运行过程中，对内冷水有着严格的控制要求。发电机内冷水中的铜等金属离子含量超标，会发生腐蚀产物堵塞系等问题，严重威胁机组的安全稳定运行。因此发电机内冷水中的铜等金属离子的日常检测对发电厂行业有着重要的作用。根据内冷水控制要求的实际情况，我司技术部通过与沙市热电厂工程师进行技术交流，为沙市热电厂提供检测内冷水中铜等金离子的实验方法。 于9月上旬，沙市热电厂采购雷迪美特公司的伏安极谱仪（TraceLab50）已顺利完成安装调试，初步实验结果表明，该套设备完全符合沙市热电厂日常检测的监控要求，并取得良好的实验结果。 更详细的信息，请咨询雷迪美特中国有限公司： cherryradiometer@126.com 020-87683635。

锂离子电池因其清洁、能量密度高、循环性能好等优点广泛应用于我们的日常生活中。尤其是近年来, 新能源汽车、储能电站的快速发展, 锂离子电池的用量超乎想象，一台新能源汽车集成了几千个电池，达几百公斤，巨量的电池集中在一起，安全问题就尤为重要。近年来锂电池电动车、汽车和储能电站均发生过燃爆事故，因此，锂电池质量、安全等方面的研究越来越被人们重视，对锂电池的质检技术也提出了更高的要求，这涵盖了正负极材料、隔膜、铜箔、铝箔，甚至外包装材料。 欧波同集团长期从事光镜、电镜领域的微观分析工作，通过和广大客户的交流，我们发现现在客户的微分析存在效率低、人的主观因素影响大、非标准化等问题，为此我们成立了汇鸿科技公司，利用智能化软件实现显微分析的自动化、标准化。 一、锂离子电池材料显微智能分析系统(LIBMAS) 锂离子电池是指以锂离子嵌入化合物为电极材料电池的总称，它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。由于材料加工过程中的缺陷，锂电池在使用或储存过程中仍会出现一定概率的失效[1]，例如，多孔电极在充放电过程中发生体积膨胀和收缩，导致颗粒逐渐出现裂纹，这些裂纹沿着原有缺陷萌生和扩展，导致材料出现机械断裂和电极结构解体，造成电极材料粉化。这些材料的失效严重降低了锂电池的使用性能，影响其使用的可靠性和安全性。 图一：汇鸿锂离子电池显微智能分析系统 针对锂电池使用过程中产生的各种失效问题，汇鸿智能科技为客户量身定制了专属软件，满足客户所有需求，采用先进AI技术及图像处理技术，可快速准确进行单晶团聚识别、开裂球识别、二次球颗粒分布均匀性判断、截面孔隙统计、隔膜孔隙统计等锂电池材料分析。 1）识别： 通常在制备三元正极材料时，采用共沉淀法[2]使纳米级一次粒子团聚堆积成球形二次粒子，但这种堆积结构容易形成裂纹，导致电池性能衰减。 图二：软件智能区分开裂球和普通球 通过汇鸿LIBMAS，可快速统计并计算开裂球占比，获得开裂球裂缝信息，从而改善工艺条件，如图二。 正极颗粒内部通常是二次球颗粒形成的多晶结构，我们将二次球颗粒抛开，发现循环充放电后的颗粒截面出现大量裂痕，如图三。使用LIBMAS对截面孔隙进行识别，快速获得截面孔隙结果。 图三：二次球截面孔隙识别2）团聚体颗粒识别: 正极三元颗粒通常需要在高温纯氧下进行烧结，烧结而成的三元产品一般具有典型的团聚体形貌，即由粒径约几百纳米的一次粒子组成的，在几个到十几个微米之间的二次球颗粒。以往采用人工统计分析，需要在SEM成像后，手动逐个测量，工作量大，而且存在人为测量的误差；采用汇鸿智能分析软件，则可以一键操作，简化流程，在短时间内快速获得标准化的统计结果，如图四。 图四：一次颗粒团聚形成的二次球颗粒识别 电极材料的颗粒尺寸影响电池的容量、倍率性能和循环性能[3]。小尺寸颗粒可以缩短锂离子固相扩散路径，内部多孔颗粒可以提供更多的锂离子迁移通道。但是粒径过小会导致库仑效率和充填密度低下,影响整体电池的容量。通过汇鸿LIBMAS可高效识别一次颗粒大小（长、宽、周长、面积等）以及分布情况，如图五。 图五：软件自动区分团聚颗粒及团聚颗粒截面 3）单晶颗粒识别： 相对于单独的纳米粒子，团聚体颗粒具有比表面积小，颗粒流动性好，压实密度高和电极浆料可加工性好等优点。然而在团聚体反复充放电过程中，电极不断膨胀和收缩，内部颗粒十分容易破碎。相比易产生颗粒粉碎的多晶正极材料，许多研究[4,5]已经开始从晶体结构本身出发，探究单晶三元正极材料的性能，结果表明单晶三元具有更好的机械强度，从而抑制颗粒破碎，在高温循环方面也具有更好的热稳定性。诸如此类的研究都需要准确识别出单晶颗粒及其内部分布情况，汇鸿科技LIBMAS可以自动识别团聚颗粒中轮廓清晰的单晶颗粒，并测量、统计其直径，如图六。 图六：单晶颗粒的识别 4）大小二次球识别： 除此之外，汇鸿LIBMAS还可以精准识别图像上所有大二次球颗粒与小颗粒，根据面积判断计算大颗粒与小颗粒分布的均匀性。如图七。图七：大小二次球颗粒分布均匀性识别和统计 5）隔膜孔隙率统计： 锂电池隔膜作为锂电池的重要组成部分，是具有纳米级微孔结构的高分子功能材料，其主要功能是防止两极接触而发生短路，同时使电解质离子通过。相关研究证实[6]，隔膜的微孔孔径分布越均匀，电池的电性能越优异。 孔径的分布主要采用扫描电子显微镜( SEM) 进行观测，但仅靠肉眼观测图片，对孔隙率的表征存在一定误差且效率低下。因此，若要更准确形象地获得材料的孔隙率，需要将图像处理软件与SEM 结合，以实现隔膜孔隙分布及其定量分析的需求。 图八：隔膜孔隙识别及孔隙率统计 汇鸿LIBMAS可以快速获取隔膜的孔隙率信息，检测隔膜孔隙率、孔隙直径及纤维直径并统计分析，从而形象地描述隔膜表面的结构细节，提高锂电池隔膜孔隙率评定的准确性，如图九。 二、锂离子电池异物分析系统（LIBIAS） 目前行业对锂电正极材料中金属及磁性异物的分类主要有以下三个方面：金属及非金属大颗粒、磁性异物、Cu/Zn单质[7]。异物引入的方式有原材料带入和制造过程中产生。为了有效控制锂离子电池正负极材料中非金属/金属/磁性异物的含量，一般会使用专业的设备与软件对初筛后的原材料中异物颗粒进行形貌与成分统计。行业内以往使用光镜或手动测量的方法，然而这些传统检测方式往往在数据结果的准确性、全面性、一致性上有或多或少的不足，给精确检测带来比较大的挑战。目前，锂电池材料中异物颗粒的检测主要面临的问题有：1）异物来源广、溯源难，2）数据量大、费时费力，3）颗粒易团聚、识别难度高。图一：同一颗粒分别在光学显微镜（左）、电子显微镜（右）下的图像及EDS能谱识别颗粒主要成分为Fe 图二：电镜图像下滤膜上所有颗粒分布情况图三：滤膜上的颗粒团聚现象 针对传统软件的不足，欧波同集团旗下的汇鸿科技公司开发了“锂离子电池异物分析系统”（LIBIAS）。这是集准确、高效和易操作功能为一体的全自动清洁度分析系统，可以实现高清BSE图像采集拍摄和图像处理、元素定量测试等功能。包括：1）简易上手的测试程序，2）开放的标准库编辑系统，3）一键生成对应报告图表。 图四：颗粒类型占比饼状图（左），三元统计相图（右） 汇鸿智能科技是一家专注于工业领域微观智能图像分析应用解决方案服务商。以“坚持原创，用信息技术引领工业分析”为愿景，可以为用户提供全场景的锂电池智能化显微分析解决方案。汇鸿智能科技研发的”锂离子电池材料显微智能分析系统(LIBMAS)”和“锂离子电池异物分析系统（LIBIAS）”，将高分辨性能的扫描电镜与智能化的分析软件相结合，解决从锂电原材料，到正负极极片、隔膜，锂电清洁度全系列的锂离子电池相关分析，助力研究人员开发出性能更优越的锂电产品。 参考文献：[1] Wang Qi-Yu, Wang Shuo, Zhou Ge, Zhang Jie-Nan, Zheng Jie-Yun, Yu Xi-Qian, Li Hong. Progress on the failure analysis of lithium battery. Acta Phys. Sin., 2018, 67(12): 128501. doi: 10.7498/aps.67.20180757.[2] https://doi.org/10.1016/j.powtec.2009.12.002[3] 杨绍斌，梁正. 锂离子电池制造工艺原理与应用[M].[4] https://www.science.org/doi/abs/10.1126/science.abc3167.[5] 肖建伟, 刘良彬, 符泽卫, 等. 单晶LiNixCoyMn1-x-yO2 三元正极材料研究进展[J]. 电池工业, 2017, 21(2): 51-54.[6] 毛继勇，许汉良．锂离子电池用隔膜孔隙率对电池性能的影响［J］.广州化工，2018,46( 14) : 78-80．[7] 惠升,詹永丽,黎江.锂电正极材料金属及磁性异物过程控制的研究[J].世界有色金属,2021(17):166-168. 作者：沈宁单位：欧波同个人简介：沈宁，OPTON创新研究中心BD工程师 ，硕士毕业于上海大学纳米化学与生物学研究所，主要研究方向为石墨烯量子点及其修饰物的应用，期间负责研究所内透射电镜/扫描电镜的使用，培训和维护，硕士期间参与发表四篇专利，两篇SCI学术论文。现负责欧波同集团锂电行业应用市场的开发，对设备选型、技术应用、市场需求有着丰富的经验。

25年前，瑞士万通成功推出第一款离子色谱——690型离子色谱仪。从那时起，瑞士万通深刻地改变了离子色谱仪，为大家呈上了操作简单、坚固耐用、价格实惠的离子色谱仪。“诚然，发明离子色谱仪的并不是瑞士万通公司。但是，在过去的25年中，瑞士万通公司始终致力于制造操作简单、耐用并且用得起的离子色谱系统。可以说，是万通，推动了离子色谱技术的普及和应用。”瑞士万通离子色谱仪研发部Markus Lä ubli博士俯身在绿色的690离子色谱仪上，脸上挂着自豪的笑容，他灰白的头发见证了瑞士万通在离子色谱仪领域的发展历程。上世纪80年代早期，离子色谱仪作为一种分析技术已经出现了，但它的运用非常昂贵而且难于操作。瑞士万通注意到了这一点，于是开始着手设计一款操作简单、坚固耐用、尤其是价格实惠的离子色谱仪。经过不懈努力，瑞士万通690离子色谱仪于1987年问世了。当时，它的价格只有竞争对手的一半，却具有操作简便、坚固耐用的优点。直到今天，以690离子色谱仪产生的实验数据为基础的论文还不断发表，这是690离子色谱仪取得巨大成功的最好佐证。瑞士万通在离子色谱仪上的第二次突破出现在1997年。这一年，瑞士万通发明了761紧凑型离子色谱仪，这是第一款将所有功能器件囊括在一个箱子里的离子色谱仪。761型离子色谱仪不仅外形小巧，而且整个流路上的所有元件均已预先安装到位，所以用户无需执行任何安装工作。由于我们将整套系统集成于一个箱子内，因此不存在混淆管线的风险。此外，由于液体部分和电子元件部分完全隔离，使得该型号仪器极其稳定耐用。结果证明，它的出现恰逢其时，满足了上世纪90年代日益增长的对价格实惠、坚固耐用的离子色谱仪的需求，尤其是对环境分析的需求。瑞士万通离子色谱仪发展史上的另一件大事发生在2007年——850谱峰思维™ 系列离子色谱仪和MagIC Net™ 软件问世。这个系统将紧凑型离子色谱仪的集成设计与模块化系统的多功能性结合在了一起，使离子色谱仪的易用性上升到了一个新的水平：智能谱峰思维™ 系列离子色谱仪。智能，不仅是指仪器本身可自主进行逻辑判定，而且实现了离子色谱系统的自我监控。这意味着，高压泵、检测器和色谱柱等元件均可始终处于被监控状态。在操作过程中，错误操作或不合适的指令将不被方法接受，因此可以完全杜绝操作错误。因此，850 专业离子色谱的保证了操作过程绝对安全!这种智能化的理念也同样沿用到了离子色谱样品前处理和样品自动化设备的设计上----英蓝稀释是很好的一个例子。先前，我们通常需要在分析之前对离子色谱分析的样品进行稀释。而现在，通过英蓝技术稀释过程可在线自动完成，系统可计算出所需的稀释系数，从而使结果始终处于的校准范围之内。Metrohm专业智能的离子色谱仪，使得每个人都能进行离子色谱分析!现在，瑞士万通正致力于开发新一代的离子色谱仪。未来Metrohm 的离子色谱仪将更加紧凑，更加智能，将可独立的替代用户处理更多的常规工作。它将集成更多的自动化样品制备和加液，它只需要最小的实验台空间，并且能为用户提供更多智能化支持，把实验员从分析前后的例行工作中解放出来。一路走来，瑞士万通一直将“IC for the people”作为奋斗目标，一直在追求更加人性化、智能化的设计，为离子色谱仪的普及做出了卓越贡献。瑞士万通虽然不是离子色谱仪的创造者，但它当之无愧地成为了离子色谱仪的再造者。你能想象在下一个25年里，瑞士万通又将呈现给大家怎样的再造奇迹吗?