电池循环过程

在新能源材料领域，如何实现更高能量密度、更安全、更持久的锂金属电池，一直是科研界的一大难题。近日，云南大学材料与能源学院的郭洪教授团队设计了一种新型酰氨基功能化聚合物电解质，为锂金属电池的长寿命运行提供了有力保障。相关成果发表在国际期刊《能源与环境科学》上。在能源存储技术日新月异的今天，锂金属电池因其高能量密度和潜在的安全性提升，被视为未来电池技术的重要方向，其中固态电解质性能的优化尤为关键。传统聚合物电解质虽然具有界面接触性好、工业化生产潜力大等优点，但在实际应用中却面临着机械性能不足、锂离子（Li+）传输效率低、电极或电解质界面稳定性差等挑战。这些问题严重制约了锂金属电池的性能和寿命。酰氨基功能化材料设计示意图。 受访者供图针对这些挑战，郭洪教授团队提出了创新的分子设计策略，通过引入丰富的酰氨基位点，构建了一个独特的分层超分子网络，巧妙结合了永久化学交联和可逆氢键，使聚合物电解质在保持高度机械强度的同时，具备了优异的柔韧性。更重要的是，酰氨基位点的引入为锂离子提供了快速且可逆的传输通道，显著提升了电解质的离子传导性能。此外，整个聚合物基质的预去溶剂化效应也进一步促进了锂离子的传输效率，使其在电解质中的迁移更加迅速和均匀。除了优异的传输性能，这种新型聚合物电解质还能够在电极表面形成稳定的界面层，有效防止了锂枝晶的生成和界面副反应的发生。锂枝晶是锂金属电池中常见的问题，它们不仅会导致电池短路，还会加速电池的老化过程。因此，这种双重强化的界面稳定性对于提高电池的安全性和循环寿命至关重要。实验结果显示，采用这种新型电解质的锂金属电池，在循环测试中展现出了惊人的耐久性。在完整充放电情况下，磷酸铁锂正极搭配锂金属负极的电池经过850次循环后，容量保持率仍高达96.5%；而钴酸锂正极的电池则在300次循环后保持了96.8%的容量。据了解，这一新成果是对固态电解质设计的一次重大创新，证明其在实际应用中的巨大潜力，为解决锂金属电池面临的诸多挑战提供了新思路，也为未来开发更高性能、更长寿命的固态电池奠定了坚实的理论基础和材料基础，在电动汽车、储能系统等领域具有广阔的应用前景。

近日，大连化物所储能技术研究部（DNL17）李先锋研究员、郑琼副研究员团队和燕山大学唐永福教授团队合作，在钠/锂离子电池电极储能机理研究方面取得新进展。　　近年来，钠离子电池作为研究热点得到了国内外广泛关注，取得了快速发展。研究发现，具有较高Na+储存性能和循环稳定性的电极材料，对于提高钠离子电池的能量密度和倍率性能十分重要。 本工作中，研究团队设计了一种珊瑚状的FeP复合材料，该材料可锚定FeP纳米颗粒，并将其均匀分散在氮（N）掺杂的三维（3D）碳骨架（FeP@NC）上。珊瑚状FeP@NC复合材料具有较短的电荷转移路径和较高的导电氮掺杂碳网络，可显著改善复合材料的电荷转移动力学。同时，由于FeP纳米颗粒周围具有高度连续的N掺杂碳骨架和弹性缓冲的石墨化碳层，基于FeP@NC复合材料的钠离子电池（SIB）表现出优异的倍率性能和循环性能，在10A/g下经10000次循环后其容量保持率为82.0%。　　更为重要的是，针对循环过程中电池容量逐渐上升的现象，研究团队结合电化学研究和原位电镜表征分析，证实了一种独特的颗粒细化在循环过程中提高容量的作用机制，这种容量提升效果在小电流下表现得更为显著。研究表明，均匀分布在氮掺杂碳基体上的FeP纳米颗粒，在第一个循环中经历了细化-复合过程，经过数次循环后呈现出全区域细化的趋势，这种细化对周围的非晶碳产生强烈的吸附作用，引起复合材料石墨化度和界面磁化强度逐渐增加，为Na+的存储提供了更多的额外活性中心，进而提高了循环容量。这种容量提升机制也可以扩展到锂离子电池（LIBs）。研究发现，在10A/g下，经5000次循环后，基于FeP@NC复合材料的LIBs的容量保持率为90.3%，超过了已报道的FeP基复合材料的容量保持率。　　该研究提出了一种在循环过程中经颗粒细化诱导提高电池容量的新策略，为设计高性能的SIBs/LIBS负极材料提供了新思路。　　相关成果以“A Coral-Like FeP@NC Anode with Increasing Cycle Capacity for Sodium-Ion and Lithium-Ion Batteries Induced by Particle-Refinement”为题，发表在《德国应用化学》（Angew. Chem. Int. Ed.）上。该工作的第一作者是大连化物所DNL17博士研究生王灿沛。上述研究工作得到国家自然科学基金、中科院青年创新促进会等项目的资助。　　文章链接：https://doi.org/10.1002/anie.202110177

近日，广东省科学院化工研究所研究员曾炜团队开发出具有超长循环寿命的柔性准固态碱性锌电池。相关研究发表于Surfaces and Interfaces。曾炜为该论文通讯作者，郭欣颖为第一作者。 　　随着便携式电子产品和电动汽车的快速发展，对具有多功能、高性能、高安全性电池的需求越来越大。碱性镍锌电池具有成本低、安全、理论容量高(820 mAh/g)和易于组装等优点，成为学界研究热点。然而，镍锌电池的实际应用还存在着结构不稳定和循环稳定性差等问题。因此，设计和构造具有优良结构稳定性和电化学活性的镍基正极材料至关重要。 柔性准固态碱性锌电池的制备过程。研究团队 供图 　　研究人员通过简易浸泡导电聚合物封装二硫化三镍空心纳米棒结构实现高性能正极材料。浸泡导电聚合物涂层不仅可以为二硫化三镍纳米棒提供附着力，防止二硫化三镍在循环过程中从基底上脱落，还可以通过完整的导电途径促进电子转移。 　　此外，还设计了具有双网多孔结构的凝胶电解质，采用海藻酸钠对Zn2+的结合可以有效降低Zn2+溶解鞘中结合水分子的活性，抑制副反应和枝晶的产生，实现锌离子的均匀沉积，提高电池的循环稳定性。 　　该柔性准固态电池具有良好的可逆性，在8 mA cm-2时表现出1.06 mAh cm-2(276.04 mAh g-1)的高比容量。该电池还表现出优异的倍率性能为93.72%，在30 mA cm-2具有10000次以上的超长循环稳定性，容量保持率达88.96%。 　　据了解，该柔性准固态电池可应用于柔性电子设备，进一步拓宽了碱性锌电池的应用领域。 　　上述研究得到国家自然科学基金、广东省科学院建设国内一流研究机构行动专项资金等项目资助。

为了降低质子交换膜燃料电池的制造成本，我们通常会使用颗粒很小但表面积很大的碳颗粒负载催化剂在电极上。这种催化剂在阳极帮助质子很快地传递到膜上，而在阴极则协助产生水。质子导电电解质如Nafion在这个过程中扮演着重要角色，它有效地将质子在催化剂层内传递。质子导电电解质的存在让催化剂能在三维空间里发挥作用，只有那些直接接触膜的催化剂才能发挥作用，其他部分催化剂会被浪费掉。新制造的低负载催化剂PEM燃料电池在开始运行时不会立即达到最佳性能，通常需要一个预处理或磨合期。在这段时间内，电池性能会逐渐提高，根据不同的元件组合可能需要数小时甚至数天。这段时间不仅消耗了氢燃料，还会延长整个燃料电池调试过程。本研究通过三种不同的PEM燃料电池活化方法（1，2，3）对催化剂性能提升的影响进行了分析： 一、先CO氧化剥离再升高温度和压力（升温升压）活化图1 铂负载0.17 mg cm-2 时CO氧化剥离与升温升压结合对燃料电池性能的影响 阴极由30%的Nafion和70%的E-TEK 20% Pt/Vulcan XC-72组成，Pt负载为0.17 mg cm-2。 测试在35℃的电池温度下进行，氢气和空气加湿温度为45℃(35/45/45℃，电池温度35℃，阳极增湿45℃，阴极增湿45℃。曲线1为电池经过4 h以上的磨合过程后的性能。在大多数时间内，将电池电压设置在0.4 V左右，并在上述温度下周期性地将负载从OCV扫至0.1 V左右。在此过程中，电池性能逐渐提高，但约3 h后，电池性能不再明显提高。然后进行了3次CO氧化剥离循环。第一次、第二次、第三次CO氧化剥离后的燃料电池性能分别用曲线2、3、4表示。如图所示，每次CO氧化剥离后，燃料电池的性能都有了相当大的提高。当进行第四次CO氧化剥离时，没有观察到进一步的增加。因此，曲线4代表了该MEA使用CO氧化剥离所能达到的最佳性能。将燃料电池暴露在一个升温升压过程中，在75/95/90℃和20/30 psig下持续1小时。在条件返回到35/45/45℃后，再次测量其性能。图1中的曲线5说明了燃料电池的性能得到了进一步的提高。实际上，无需进行四次CO氧化剥离，仅进行升温升压活化即可达到曲线5所示的性能。换句话说，如果使用升温升压进行活化，从性能的角度来看，不需要进行任何预先的CO氧化剥离活化。最后发现，如果在升温升压活化后进行CO氧化剥离，燃料电池的性能可以进一步提高，如图1曲线6所示。如果在第一次活化之后重复使用升温升压进行另一次活化无法实现性能提升。显然，在升温升压活化后进行CO氧化剥离可以进一步提高燃料电池的性能。图2 铂负载0.3 mg cm-2 时CO氧化剥离与高温高压相结合对燃料电池性能的影响在阴极Pt负载为0.3 mg cm-2的催化剂涂层膜(CCM)上进行了类似的测试，结果如图2所示。曲线7是燃料电池在磨合过程完成后的性能。曲线8和曲线9表示两次CO氧化剥离后的性能。第三次CO氧化剥离时，性能与曲线9相似。因此，曲线9代表了CO氧化剥离所能达到的最佳性能。然后在75/95/90℃和20/30 psig下使用升温升压进行活化1小时。之后在35/45/45℃下的燃料电池性能如曲线10所示。显然，升温升压活化实现了显著的增加。当进行额外的CO氧化剥离时，燃料电池的性能再次提高，如曲线11所示。二、先析氢再升温升压活化图3 升温升压结合析氢对燃料电池性能的影响曲线12是完成磨合过程的性能。曲线13、14、15为三次析氢活化循环后的表现。第一次析氢比第二次更能提高燃料电池的性能，第二次比第三次更能提高燃料电池的性能。之后，将燃料电池暴露在75/95/90℃和20/30 psig的条件下1小时。活化后，再次测试燃料电池在35/45/45℃下的性能，结果如图3曲线16所示。通过此活化实现了性能的进一步提高。当使用升温升压进行第二次活化时，当电流密度低于1.3 A cm-2时，燃料电池的性能略有提高，但当电流密度高于1.3 A cm-2时，性能略有下降。三、先升温升压再析氢和CO氧化剥离 图4升温升压结合析氢和CO氧化剥离对燃料电池性能的影响曲线19（对比曲线18）显示，在活化步骤后，在75/95/90℃和20/30 psig下使用升温升压，持续1小时，观察到性能显著提高。然后进行析氢步骤，实现了性能的提高(曲线20与19)。析氢后，进行CO氧化剥离，但没有观察到性能的提高(曲线21与曲线20)。这些结果表明，在使用升温升压活化后，无论是析氢还是CO氧化剥离都能够将燃料电池推向最大性能。四、结论这些活化方法是(1)升高温度和压力，(2)析氢，(3) CO氧化剥离。这些方法中的任何一种都可以有效地激活PEM燃料电池，但仅使用一种方法无法完成活化。当方法(2)或(3)在方法(1)之前进行时，活化结果与方法(1)本身相似。换句话说，在实施方法(1)之前，不需要按照方法(2)或(3)进行任何激活。 燃料电池测试系统980pro但是，在方法(1)之后进行方法(2)或(3)时，可以进一步提高燃料电池的性能，在这种情况下，使用方法(2)或(3)都可以获得类似的结果。因此，活化程序的最佳组合是在高温高压下进行活化，然后进行析氢或CO氧化剥离，这样才能最大限度提升燃料电池的性能。参考文献 [1] Xu Z , Qi Z , He C ,et al.Combined activation methods for proton-exchange membrane fuel cells[J].Journal of Power Sources, 2006, 156(2):315-320.DOI:10.1016/j.jpowsour.2005.05.072.以上内容由理化有限公司技术中心整理，有不足之处请指正，转载请注明出处。

p 　　随着社会和科技的发展，人类对电化学储能技术的需求日益增加，新兴储能系统——锂硫电池具有理论容量高、成本低、环境友好等优点，备受国内外研究者的关注。而研发高容量锂硫电池正极材料，对推动新能源动力汽车、便携式电子设备等领域的发展至关重要。 /p p 　　硫化锂(Li sub 2 /sub S)材料理论容量高达1166 mA h g sup -1 /sup ，是其它过渡金属氧化物和磷酸盐的数倍 其首次脱锂充电过程中所发生的体积收缩能给后续的嵌锂放电反应提供空间，保护了电极结构不受破坏 其可与非锂金属负极材料(诸如硅、锡等)组装电池，有效避免锂枝晶形成等问题所带来的安全隐患，是极具发展潜力的锂硫电池正极材料。然而，该材料电子/离子导电率低，反应中间产物多硫化物在电解液中的溶解引发穿梭效应等问题，限制了其在锂硫电池中的实际应用。 /p p 　　近日，中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所张跃钢课题组自主研发设计了原位扫描/透射电镜电化学芯片，实现了其对硫化锂电极充电过程的实时观测 在充分理解Li sub 2 /sub S充放电机理的基础上设计了高氮掺杂石墨烯负载硫化锂材料作为电池正极，并通过控制充电容量和电压，显著提升了Li sub 2 /sub S的容量利用率及循环寿命，相关成果发表在Advanced Energy Materials 杂志上。 /p p 　　研究人员为提高锂硫电池的容量利用率和循环寿命，通常会将硫填充至具有高比表面积和高导电性的多孔材料中(如：碳纳米管，多孔碳，石墨烯和碳纤维等)。张跃钢课题组在前期研究工作中发现氧化石墨烯上引入氮掺杂官能团，不仅可以有效减少多硫化物在电解液中的溶解，而且可优化多硫化物在沉积过程中的分布(Nano Letters，2014, 14, 4821-4827)。为了更好地改善Li sub 2 /sub S的容量利用率以及循环寿命，该团队利用原位表征技术研究了Li sub 2 /sub S溶解和再沉积机理，进而提出将最初活化电池电压调控到3.8 V，然后通过控制电压(1.7~2.4 V)和充电容量可有效阻止长链可溶性多硫化物的形成，该充放电调控方法让电极在充电过程中保留了一部分不可溶的Li sub 2 /sub S作为种子，使得Li sub 2 /sub S材料能够有效地活化和均匀地再沉积。此外，该研究通过在氮化处理前的氧化石墨烯表面包覆葡萄糖，有效增加了石墨烯的折皱率和弯曲率，进而为多硫化物提供了更多的负载位点 反应过程中利用氨水和高温氨气热处理的方法使得氮掺杂量提高至12.2% 该高氮掺杂石墨烯材料不仅具有高导电性，其表面氮官能团更能有效减少多硫化物的溶解，优化Li2S的均匀分布。利用该高氮掺杂石墨烯-Li2S复合正极材料所制备的锂硫电池在2000圈(1C)循环后其容量仍能保持318 mA h g sup -1 /sup (按硫元素重量折算为457 mA h g sup -1 /sup )，3000圈(2C)循环后仍能保持256 mA h g sup -1 /sup (按硫元素重量折算为368 mA h g sup -1 /sup )，是迄今为止所报道的最长循环寿命。 /p p 　　该研究工作首次利用了新开发的原位扫描电镜和原位透射电镜芯片技术实现了对硫化锂电极充电过程的实时观测，并在研究 /p p 　　Li sub 2 /sub S充放电机理的基础上，开发新的电压-容量调控机制，设计了一种新型的高氮掺杂负载硫化锂的电极材料，为高能量的Li sub 2 /sub S-C /Li 电池的应用打开了广阔的应用前景。 /p p 　　该项研究工作得到了国家自然科学基金重点项目、中国科学院千人计划人才专项的大力支持。 /p p 　　 a href=" http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.201501369/epdf" target=" _self" title=" " 原文链接 /a /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201510/noimg/3d4cdfa8-d284-4598-81b3-9799a4671568.jpg" title=" 00000.jpg" / /p p 　　负载于单层石墨烯电极表面的Li sub 2 /sub S材料在LiTFSI-DOL/DME电解液中活化过程的原位观测SEM图 /p

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

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。

p 　　日前，国内主营资源回收循环业务的格林美集团发布公告，计划募集资金总额不超过29.5亿元，用于投资动力电池产业链项目，包括电池拆解循环利用、三元锂电池材料分解再利用以及电池包再造等，同时将在荆门建设年产5万组车用和5万组梯次利用动力电池封组生产线。 /p p 　　面对中国新能源汽车市场爆发，动力电池的回收与利用成为了社会关心的话题。格林美集团目前主营业务集中在废旧电池等资源循环回收利用，此次加入到动力电池产业链中，希望构建“新能源全生命周期价值链”，从电池回收、原料再造、材料再造、电池包再造、新能源汽车周边服务等角度，为中国新能源汽车后市场打造价值链。 /p p 　　目前，格林美在全国已经建立6个拆解回收中心，也成立了第一条动力电池的拆解线和建立了正极材料生产的智能制造车间。此外，两条动力电池包及梯次利用自动化生产线也已经投入运行，可适用于18650、21700和26650等车用圆柱型动力电池系统制造，年产可达1GWh。 /p p br/ /p

p span style=" font-family: 微软雅黑, Microsoft YaHei " 　　由于化学电源的电化学性能与电极/电解质的界面过程密切相关，涉及电荷转移、离子输运、相的生成和转化等步骤，在纳米尺度上深入理解界面过程对于器件设计和材料优化具有重要意义。然而能源体系的运行环境非常复杂，涉及无水无氧环境、有机/离子液体电解质体系、多相界面、多电子反应过程等，因此，针对性发展复杂体系下电化学界面高分辨原位成像方法，从而实现电化学反应过程的实时追踪和原位分析，也是电分析化学的挑战和难点之一。 br/ /span /p p br/ span style=" font-family: 微软雅黑, Microsoft YaHei " 　　中国科学院化学研究所分子纳米结构与纳米技术院重点实验室文锐课题组致力于锂电池界面电化学过程的原位研究并取得系列进展。在前期工作中，他们利用氩气环境下的原位原子力显微镜(AFM)，在以[BMP] sup + /sup [FSI] sup - /sup 为代表的离子液体中，捕获纳米尺度上锂离子电池中高定向热解石墨(HOPG)表面固态电解质界面膜(SEI)的初始成核、逐步生长及成膜的系列演化过程，并揭示了不同离子液体中SEI膜的界面性质及与电池性能相关性。相关成果发表在& nbsp ACS Applied Materials & amp Interfaces& nbsp 上。 br/ br/ 　　进一步，研究人员开展了具有高理论能量密度(2600 Wh/kg)锂硫电池中界面电化学反应的系列研究。利用电化学 AFM 及谱学分析表征，实现了在锂硫充放电过程中还原产物硫化锂和过硫化锂在界面形貌演变及生长/溶解过程的原位监测(图1)，并提出过硫化锂在循环过程中不可逆反应产生的界面聚集是导致电极钝化及电池性能衰减的原因之一。恒电流控制下的原位成像研究表明，电流密度大小影响界面形貌及沉积物种类，直观揭示了结构-性能关联性。相关成果发表在& nbsp Angewandte Chemie International Edition& nbsp 上。 br/ br/ 　　近日，科研人员利用电化学 AFM 进一步探究了在高温条件下锂硫电池在LiFSI基电解液中的界面行为与反应机制(图2)。研究发现，在高温60℃时，阴极/电解质界面在放电过程中会原位形成一层由LiF纳米颗粒构成的功能性界面膜，并通过物理尺寸效应及化学吸附作用捕获电解液中的长链多硫化锂。此过程有利于抑制多硫化物穿梭效应及副反应的发生，并增强界面电化学反应的可逆性。该研究通过原位表征与分析为高温电化学行为在纳米尺度提供了直接的界面机理解释，也为锂硫电池的电解液设计及性能提升提供了思路和指导。相关成果发表在& nbsp Angewandte Chemie International Edition& nbsp 上。 br/ br/ 　　研究工作得到了科技部、国家自然科学基金委和中科院的支持。 /span /p p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201711/insimg/0a9eee39-49a2-4c61-9964-34c61b6891a0.jpg" title=" 1.jpg" / /p p span style=" font-family: 微软雅黑, Microsoft YaHei " strong 图1.原位AFM电化学池示意图(左)及放电中锂硫界面反应过程的原位AFM图像(右) /strong /span /p p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201711/insimg/f9c7499b-e1eb-4d46-8f9d-0cdc07b1cc1b.jpg" title=" 2.jpg" style=" width: 500px height: 252px " width=" 500" vspace=" 0" hspace=" 0" height=" 252" border=" 0" / /p p span style=" font-family: 微软雅黑, Microsoft YaHei " strong 图2.高温60℃下锂硫电池中阴极/电解质界面过程示意图 /strong /span /p

【期刊】Journal of Power Sources IF=9.13DOI：https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2021.230459 【成果简介】 锂离子电池现已广泛应用于数码产品，医疗器械，和汽车等众多领域。可是，在使用锂离子电池的过程中，锂电池的性能会随着内部结构的老化而降低。这一问题会导致使用锂离子电池的成本增高。为了更加深入地了解锂离子电池在使用过程中老化的细节。奥地利林茨大学Gramse教授课题组近日利用扫描电镜专用原位AFM探测系统AFSEM对锂离子电池老化过程中电表面的形貌和导电特性的变化进行了纳米尺度的原位研究，其成果发表在Journal of Power Sources上。 AFSEM™ —使AFM和SEM合二为一：▪ 实现AFM和SEM的功能性互补▪ 让SEM实现样品的真实三维形貌成像▪ 在扫描电镜中进行AFM原位分析▪ 无需激光和探测器，适用于任何样品表面▪ 适配SEM不妨碍正常的操作 【图文导读】图1 用不同尺度和方法来研究锂离子电池的电化学表现。A）用电化学阻抗谱（EIS），电池循环和容量测试的方法研究锂离子电池的老化问题。 B)用电化学相关有限元的方法来研究电池的EIS表现。C）用AFM，AFSEM和SEM等表征手段研究电池循环后的纳米尺度上的彼变化。图2 电化学循环次数，充电状态和循环温度对锂离子电池阻抗谱的影响。A）电池不同循环次数后阻抗谱的变化。B）充电600次后，24℃条件下的电池阻抗谱。C）不同温度下，循环100次后电池阻抗谱的研究。 图3 锂离子电池的有限元模型。A）锂离子电池的一维有限元模型。B)不同薄膜阻抗下模拟的电化学阻抗值。C)电化学阻抗模拟值随着双层电容的变化。D)不同电材料颗粒大小对电化学阻抗模拟值的影响。图4 电池经过循环后，SEM和AFSEM对电池内部结构的原位微纳表征。A）经过不同次数的循环后，石墨阳表面的电子扫描成像。B）AFSEM对不同循环次数的阳表面形貌进行原位表征。C) AFSEM对不同循环次数的阴表面形貌进行原位表征。图5 利用AFSEM多功能探针对不同老化阶段的阳材料进行表征。A）为AFSEM原子力显微镜扫描获得的形貌图。B）扫描微波显微镜对样品表征结果。C）AFSEM提供的样品纳米尺度的直流电导率测量。 【文章总结】 奥地利林茨大学Gramse教授课题组利用AFSEM对老化锂离子电池电表面进行了纳米尺度的原位分析。这是因为AFSEM可以在电子显微镜所需的真空环境下运行。在获得电子显微成像的基础上，还可以获得样品表面形貌的信息。除此之外，AFSEM的多功能探针，也可以对样品指定区域的磁性，电学，力学，热学性能进行微纳尺度的表征。

锂金属因具有高理论容量(~3860 mAh g-1)和低氧化还原电位(相对于标准氢电极为-3.04 V)，是颇有前景的锂电池电极材料之一。然而，锂枝晶的生长将会顶穿隔膜，引起电池短路热失控，甚至引燃电解液等，存在安全隐患。使用具有高机械强度的固态电解质代替电解液，可以有效阻止锂枝晶生长，从而提高锂金属电池(LMBs)安全性。相比无机电解质较高的界面接触阻抗，聚合物电解质(SPEs)可与电极形成紧密的物理接触而备受关注。 　　然而，用于导锂的含氧极性官能团容易被氧化，成为限制电化学稳定性的瓶颈。虽然通过开环聚合消除弱键、引入含氟官能团等策略可拓宽电化学窗口(ESW)，但宽ESW难以直接转化为长循环LMBs的高截止电压。一方面，测试ESW的线性扫描伏安法使用的阻塞电极通常是平坦的不锈钢，与具有高表面积碳导电剂的实际电极相比，显示出较低的反应活性，易高估ESW；另一方面，具有过渡金属的正极材料较强的催化活性，易加剧氧化。目前，适用于截止电压为4.5V或更高的长循环LMBs的聚合物电解质有待证明。 　　近日，中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所应用多氟化交联剂来增强聚合物电解质的抗氧化性。交联网络有助于传递多氟化链段的吸电子效应，并具有普适性。进一步通过组分优化后，基于多氟交联剂的聚合物电解质同时表现出宽ESW、高电导率和高机械强度。组装的Li||NCM523全电池在0.5C和4.5 V的截止电压，获得了~164.19 mAh g-1的高放电比容量，并在200次循环后容量保持率90%，是当前领域报道的最佳循环稳定性之一。 　　相关研究成果以Polyfluorinated crosslinker-based solid polymer electrolytes for long-cycling 4.5 V lithium metal batteries为题，发表在《自然-通讯》(Nature Communications)上。研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中科院稳定支持基础研究领域青年团队计划、江苏省碳达峰碳中和科技创新专项等的资助，并获得苏州纳米所纳米真空互联实验站(Nano-X)的技术支持。新加坡南洋理工大学科研人员参与研究。图1.SPE的制备图2.SPE的ESW。a.Li|PVEC/P(IL-OFHDODA-VEC)|C的LSV曲线；b.PIL、POFHDODA、PVEC、P(IL-OFHDODA)、P(IL-VEC)和P(OFHDODA-VEC)的ESW。图3.Li|P(IL-OFHDODA-VEC)|NCM523全电池的电化学性能。a.Li|P(IL-OFHDODA-VEC)|NCM523全电池在0.5 C下的循环性能；b.Li|P(IL-OFHDODA-VEC)|NCM523全电池的第1-200次充放电曲线；c.Li|P(IL-OFHDODA-VEC)|NCM523全电池的倍率性能；d-f.充满电的Li|P(IL-OFHDODA-VEC)|NCM523软包电池在折叠前(d)和折叠后(e)或切割后(f)点亮LED灯的照片。

从2010年开始，随着新能源、3C电子和电动工具等领域的快速发展，对锂电池的需求量与日俱增，越来越多的企业投身于锂电池的生产制造，据统计，2015年我国动力电池装机总量为16.5GWh，2022年提高到296GWh。随着时间的推移，使用过程中电池的性能会逐渐衰减，直至报废，目前动力锂电池的平均使用寿命约为4-8年，因此从2018年开始，前期使用的锂电池已开始陆续退役，废旧电池的处理和回收规模后续将越来越大，据估计，2019-2025年我国退役动力电池装机总量预计将由0.2GWh上升至52.0GWh。对于废旧锂电池，目前主要有两种处理方法，一是梯次利用，即将退役电池用在储能等其他领域，这主要针对磷酸铁锂电池；二是拆解回收，即将退役电池进行放电和拆解，提炼原料，从而进行循环利用，有效节约生产成本，三元电池目前以拆解回收为主。回收的主要方法有火法冶金、湿法冶金和生物浸出等，其中湿法冶金回收率较高，日益成为锂电池回收的主要工艺方法。商用锂电池通常由塑料或金属外壳、正极（Al箔上的锂金属氧化物）、负极（Cu箔上的石墨）、电解液（LiPF6、DMC、EC、EMC等）、粘接剂（如PVDF）和隔膜组成，回收的主要目标是正极上的有价金属，如锂、钴、镍。但是，电池废料中的有毒物质在回收预处理过程中排放的废气和导致的潜在危险是一个需要考虑的严重问题。了解电池材料在热解过程中产生的废气种类，有助于选择合适的废气处理措施，降低相关的风险，优化回收工艺。本文以废旧三元电池为例，介绍热质联用方法分析拆解电池极片在热解过程中产生的逸出气体。先将废旧电池进行放电处理，然后在手套箱中拆解，拆出正极片，晾干后进行真空包装。测试仪器为STA-QMS，测试前在空气下打开包装，快速称量样品，放入坩埚，然后放入炉腔内，通入Ar吹扫，将炉腔内的气氛置换为纯净的惰性气氛，以10K/min从35℃升温到700℃，Ar气氛，质谱采用扫描模式，从1amu扫描到120amu。下图为正极片的失重及质谱信号（质谱信息较多，所以分成4张图显示），样品的失重过程主要分为3个阶段，失重量分别为3.62%、2.13%和3.09%。根据质谱的检测结果，第一个阶段的气体产物比较复杂，跟NIST谱库对照后，判断逸出气体可能为H2（m2）、H2O（m18）、HF（m19）、CxHy（m14、m15、m16、m26、m27、m29、m30、m42）、C2HF（m31、m44）、C2H2F（m44、m45、m46）、C3H4O3（m29、m43、m88）、POF3（m69、85、104），第二阶段产物相对简单，逸出气体可能为H2O（m18）、C2H6O（m15、29、45、46）和CO2（m44），第三阶段的逸出气体可能为O2（m16、m32）、CH3F（m33、m34）、CO2（m22、m44）和C2H2F（m44、m45、m46）。通过以上分析可知，200℃以下产生的含氟气体主要来源于电解液，除此以外还有溶剂挥发产生的烃类、酯类物质、及水（游离水或结合水）和氢气，200℃-380℃之间，气体产物主要为水（反应水）、溶剂分解产生的醚类气体和CO2，380℃-700℃间主要为PVDF分解的产物，气体产物为CO2及一些含氟气体，O2可能来源于正极活性物质的分解。利用热质联用可以对极片样品在整个热解过程中的气态产物进行连续检测，从而可以分析极片热解的演变过程，了解气体释出过程和气体类型，为电池回收工艺提供理论基础和指导。热质联用测试正极片分解1热质联用测试正极片分解2热质联用测试正极片分解3热质联用测试正极片分解4作者王荣耐驰仪器公司应用实验室

随着科技的日新月异，智能手机、清洁机器人、无人机、新能源汽车等已越来越多的走进人们的日常生活。作为能量与动力的重要载体 - 锂离子电池也在被越来越多的应用。锂离子电池的性能，直接决定了科技设备的续航时间、行驶里程、载荷能力和安全性等因素。锂离子电池主要由正极材料、负极材料、隔膜和电解液等四个主要部分组成，其中隔膜是核心关键材料之一，是制约电池安全性、循环寿命、电性能的关键组件。其中隔膜是核心关键材料之一，是制约电池安全性、循环寿命、电性能的关键组件。隔膜的性能决定了电池的界面结构、内阻等，直接影响电池的容量、循环以及安全性能等特性，性能优异的隔膜对提高电池的综合性能具有重要的作用。LLOYD材料力学试验机提供完整的锂电池隔膜力学性能测试，主要包括隔膜拉伸强度、延伸率、穿刺强度，剥离强度（涂层复合膜）等。同时LLOYD材料力学测试系统（Lloyd材料试验机）可以完成高精度的锂电池强制内短路测试，确保锂电池更加安全。今天我们首先来介绍阿美特克锂电池材料试验解决方案第一讲——锂电池隔膜拉伸测试。锂电池隔膜拉伸测试隔膜的主要作用是分隔电池的正、负极材料，防止两极接触而短路，同时还能使电解质离子通过其中。在厚度尽可能薄的前提下，需保证具有一定的物理力学强度，以满足隔膜在生产和使用过程中的种种环境。因电池生产工艺中，隔膜需要与正负极材料一同卷曲以形成我们常见的圆柱体或软包电池，足够的拉伸强度可保证隔膜在卷曲过程中不发生破裂，顺利成型。LLOYD隔膜拉伸测试采用气动夹具夹紧，在避免操作人员往复手动操作夹紧的同时，极大的提高了测试速度；同时气动夹紧排出了人为夹持过松导致的打滑现象，进一步的提高了数据稳定性。脚踏式开关可解放出操作人员的双手，以更方便和轻松的放置试样。同时为满足不同人员的操作习惯，还可通过气动辅具上的手动开关进行闭合、松开操作，为用户提供极大的便利性。拉伸试验可测定材料的一系列强度指标和塑性指标、弹性极限、伸长率、弹性模量、比例极限、面积缩减量、拉伸强度、屈服点、屈服强度和其它拉伸性能指标等。LLOYD 具有多种测试行程的主机可满足多类型隔膜的拉伸试验，同时还有单柱1400mm行程的机型可选，充分满足定制化需求的同时兼顾经济性。LLOYD材料力学试验机（Lloyd材料试验机）LLOYD（劳埃德）测试系统源自英国，是美国AMETEK（阿美特克）集团旗下产品。LLOYD材料试验系统专注于轻工检测，以读数级精度，高达8000Hz的单通道数据采样率，最高2032mm/min的测试速度广泛应用于世界500强企业中。LLOYD材料测试系统可准确、便捷的完成材料拉伸，压缩，弯曲，穿刺，剥离，撕裂，摩擦，蠕变，松弛，低频疲劳等多种测试项目。丰富的治具方案可在保证数据准确性的同时为用户提供极大的操作便利性。同时，作为测控系统的核心，专业的Nexygen Plus 操作软件广受广大用户的认可。软件自带庞大的国际标准库，除了ASTM, DIN, EN, ISO, JIS等国际标准，用户也可便捷的自建标准文件。

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。

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。

在寻找可持续能源存储技术的过程中，瑞典查尔姆斯理工大学的研究人员提出了一种新概念来制造用于钠电池的高性能电极材料。 它基于一种新型石墨烯来储存世界上最常见和最便宜的金属离子之一——钠。结果表明，容量可以与当今的锂离子电池相匹配。尽管锂离子电池在储能方面效果很好，但锂是一种昂贵的金属，其长期供应和导致的环境问题令人担忧。另一方面，钠是一种丰富的低成本金属，是海水的主要成分。这使得钠离子电池成为一种有趣且可持续的替代方案，可减少我们对关键原材料的需求。然而，钠离子电池面临的主要挑战是如何提升容量。在目前的性能水平上，钠离子电池无法与锂离子电池竞争。一个限制因素是石墨，它由石墨烯的堆叠层组成，用作当今锂离子电池的负极材料。离子通过在石墨层间进出完成储能的过程。钠离子比锂离子大并且表面特性不同，因此，它们不能有效地储存在石墨结构中。但是查尔姆斯理工大学的研究人员想出了一种新的方法来解决这个问题。“我们在石墨烯层的一侧添加了一个分子间隔物。当这些层堆叠在一起时，这些分子会在石墨烯片之间产生更大的空间并提供一个相互作用点，从而显著提高容量，”该项研究的作者说。十倍于标准石墨的能量容量通常，标准石墨中可以嵌入的钠离子容量约为每克 35 毫安时 (mAh g-1)。这不到石墨中锂离子嵌入容量的十分之一。使用新型石墨烯，钠离子的比容量为每克332毫安时——接近石墨中锂离子的容量。实验结果还显示这种新型材料还具有完全可逆性和高循环稳定性。“当我们观察到如此高容量的钠离子嵌入时，真的很令人兴奋。这项研究仍处于早期阶段，但结果非常有希望。这表明可以设计出适合钠离子电池的有序结构的石墨烯负极材料，使其容量与石墨相当，”查尔姆斯大学物理系的 Aleksandar Matic 教授说。新型石墨烯在相对的两个面上具有不对称的化学官能化，因此通常被称为 Janus 石墨烯，以古罗马的双面神 Janus 命名。Janus是罗马神话中的门神，具有两个面孔，是起源神，象征开始。之所以用Janus命名是希望这种石墨烯材料可能为高容量钠离子电池打开大门。“我们的 Janus 材料离工业应用还很远，但新的结果表明我们可以设计超薄石墨烯片——以及它们之间的微小空间——用于高容量储能。我们很高兴提出一个具有成本效益、丰富且可持续的金属纳离子电池的概念，”查尔默斯工业与材料科学系附属教授 Vincenzo Palermo 说。关于材料的更多信息：具有独特结构的 Janus 石墨烯研究中使用的材料具有独特的人造纳米结构。每个石墨烯片的上表面都有一个分子，作为钠离子的间隔物和活性相互作用位点。两个堆叠石墨烯片之间的每个分子通过共价键连接到下部石墨烯片，并通过静电相互作用与上部石墨烯片相互作用。石墨烯层还具有均匀的孔径、可控的功能化密度和很少的边缘。

最近，国内成品油价一直在变动，成为街头巷尾的谈资。与此同时，锂电池作为新能源汽车的动力来源行业也面临材料价格上涨，相关话题频上热搜。受益于新能源汽车行业飞速发展，锂电池新材料的研究也愈发火热。其中，全固态锂离子薄膜电池由于安全性更高等优点，日益受到重视。薄膜型全固态锂电池是在传统锂离子电池的基础上发展起来的一种新型结构的锂离子电池。其基本工作原理与传统锂离子电池类似，即在充电过程中Li+从正极薄膜脱出，经过电解质在负极薄膜发生还原反应；放电过程则相反。过程中电解质起着至关重要的作用，直接影响到薄膜电池的充放电倍率、循环寿命、自放电、安全性以及高低温性能。以某个全固态薄膜锂电池生产试验线的实际应用为例：兰格某客户在电解质试验工艺中，需要三个泵为一组，在不同的时间点输送试剂，一个小时为一个循环，一天连续工作8小时。挑战对于这种复杂的进样体系，常规的实验室人工管理显然无法满足要求，需要使用PLC、电脑等实现设备的自动化管理。对于常规的化学、材料实验室，这就大大增加了试验的难度，需要通过自动化工程来完成。尤其，研究人员想要随时改变实验参数，也难以灵活实现。兰格解决方案对于实验的过程进行模块化分解，兰格智能型蠕动泵可提供9种运行控制模块（匀速、匀加速、匀减速、阶梯加、阶梯减、正弦、均匀分配、减量分配、增量分配）和8种逻辑控制模块（方向、暂停、循环、事件触发、延时、跳转、外控输出、结束）。研究人员可以像搭建乐高积木一样，来使用智能蠕动泵。例如上述的电解质试验工艺，兰格智能泵程序可以做如下设定：更多优势：如果研究人员需要改变其中的步骤，只需插入或删除相应模块即可。如果要修改某个模块的运行参数，直接进入模块进行修改即可。同时整个工作过程可以保存为方法，在后续的试验中可以直接调用。新能源车行业是我国战略性新兴产业，而且锂电池和5G、化学储能、碳中和等等也都息息相关，未来仍将有“锂”走天下。兰格智能蠕动泵应对不同需求，可提供多种运行/逻辑控制模块的灵活选择，助力科学家与工程师实现更便捷的操作，提高有效性、可靠性和智能体验，为全球碳中和事业作出贡献！

由寄生反应测量推动的研究突破过去十年中，在电池研究、开发和质量控制领域，已将原位和操作中等温微量热法(IMC)用作评估锂离子电池循环期间热流的主要方法。将电池循环至失效可能需要数月的时间，但新兴的诊断测试能够在几周内预测长期行为。此类新兴诊断方法之一是测量电池在循环过程中的寄生热。Krause等人概述了将寄生热事件与总热量生成进行分离的程序，以对寄生反应进行量化，然后利用寄生反应数据以实现：√ 判断电池质量√ 协助活性材料配方的研发√ 研究添加剂的影响√ 研究固体电解质界面(SEI)的形成和增长√ 协助循环和日历寿命预测模型的制定通过了解寄生反应 加强新电池配方的研发J. Krause等人和Jeff Dahn小组研究了不同石墨以及电极配方对电池性能的影响。他们使用TAM III微量热仪测量寄生能量并将其与活性锂损失或库仑效率相关联的早期创新者，“确认寄生能量的来源是锂化电极和电解质之间发生的反应热。”已经证明，他们的方法对研究新材料组合和预测电池寿命是有效的。先前的工作表明，从石墨锂离子软包电池的电解质中去除碳酸亚乙酯(EC)可延长循环寿命和高压运行寿命。S. L. Glazier 等人通过联用TAM III微热量仪和电池循环器测量在高压运行期间的寄生热流，研究了无EC电解质的性能。该团队测量了寄生反应的时间和电压依赖性，以表征电池中复杂的内部反应。他们发现，不含EC的电解质“在较低电压下产生更高的寄生热流，但在4.3 V以上时的表现优于含EC的电解质。”此外，不含EC的电解质在高压暴露后能够更好地恢复到较低的寄生热流。他们的工作证实，不含EC的电解质可提供出色的高性能操作，进一步的研究可帮助改善电池在低电位下的性能，以获得更成功的电池电解质配方。通过高压热流测量 评估新型电池材料L. Glazier等人还通过测量寄生热流和容量保持率对天然石墨和人造石墨电池进行了比较。事实证明，他们的TAM III微热量仪有助于“了解高压锂离子软包电池中寄生反应的电压和时间依赖性。”他们使用IMC在低电压范围内研究寄生反应，以探测电解质在负电极中的反应，然后在高电压范围内进行测试，以探测氧化的正/负相互作用。结果表明，含足够电解质添加剂负载的天然和人造石墨电极将产生相似量的寄生热，人造石墨产生的热量最少。电解质添加剂负载不足会产生更大的寄生热流，并且在高电压范围内的电化学性能显著恶化。长期循环行为表明，与人造石墨相比，天然石墨电池具有更快的容量衰减速度。该小组提出，在电解质负载不足的情况下，SEI层很薄，无法有效承受锂化过程中天然石墨颗粒的机械膨胀，并且由于新的SEI在暴露表面形成，会导致不可逆膨胀和更大的容量衰减率。通过评估寄生反应 为优化高镍NMC阴极制定基线C. D. Quilty等人在研究富镍锂镍锰钴氧化物(NMC)阴极电池的研究中也评估了新型锂离子电池材料。NMC提供了高能量密度，但受到潜在的容量衰减较高的影响，因此必须谨慎限制其容量。要最大限度地提高NMC电池的寿命和高容量，需要使用一套工具来测量容量衰减机制，包括操作中IMC实验。C. D. Quilty等人使用TAM IV微热量仪实时测量(去)锂化过程中的热量，以全面了解了电池退化过程。他们指出，IMC是一个“强大的非破坏性工具，能够以超高精度捕捉循环电池释放的瞬时热流”，为他们的研究提供了帮助。他们发现，在更高电压下，容量衰减率的增加可能由更大的热能浪费或更低的电化学效率引发。他们的结论为未来的NMC阴极优化设定了基准。评估预锂化 对新型锂离子电池加工技术的影响预锂化是一种新的锂离子电池化成方法，该方法在电池单元运行之前增加活性锂含量。预锂化可补偿形成循环中的锂损失，如果操作正确完成，有望获得高能量密度和更好的循环性能。然而，对预锂化可能产生的负面影响仍处于研究阶段。Linghong Zhang等人使用TAM III微热量仪评估了预锂化过程和相关的寄生反应。第一个循环期间，预锂化电池产生了额外的寄生反应，但在三个循环后，“在预锂化电池和对照电池中观察到类似的来自寄生事件的热信号，表明预锂化的稳定性，以及可能不存在长期的副作用。”该研究首次展示了应用等温微量热法评估预锂化，并提供了有关该程序的有前景的结果。他们得出结论，“操作中等温微量热法是表征锂离子电池预锂化应用的有力工具。”未来的研究可继续优化预锂化，监测预锂化添加剂对大规模安全形成电池的影响尤为重要。研究背后的技术上述研究均使用到TA仪器的TAM系列微量热仪，这是一款先进的分析工具，可在受控温度条件下测量样品的热行为。许多研究将TAM与恒电位仪或电池循环器配对使用，使它们能够测量电池运行期间的热流，以获得可靠的结果。TA仪器全新推出的电池循环微量热仪解决方案专为这一应用而构建。该方案将TAM IV微量热仪与BioLogic VSP-300恒电位仪搭配成一个集成系统，从而形成一个端到端的运行中(in-operando)测量工具，在灵活和直观的系统中实时揭示电池在用户定义的温度和电压曲线下的详细热-电化学特性。现在，各级研究人员和科学家都可以通过无缝系统控制和数据分析来测量操作中的电池热流，从而缩短测试时间、加快决策。电池循环器微型量热仪解决方案包括两个主要系统的无缝软件和硬件集成：TAM IV 微型量热仪——可在受控温度条件下测量样品热行为的最先进的分析工具BioLogic VSP-300 恒电位仪/循环器——用于探测材料电性能的研究级电化学分析工具高级集成√ 仅通过一个软件接口，即可提供无缝系统控制√ 实时汇总数据，无需等待漫长的实验完成即可查看初步结果√ TAM ASSISTANT软件可一键进行数据可视化分析，更快提供结果和新见解卓越生产率√ 可同时循环并测量多个电池单元和外形尺寸的寄生热量√ 无需处理或操纵电线，消除了对专项工程的需求以及与定制OEM产品相关的不安全操作风险灵敏可重复√ 温度范围扩展至4℃-150℃，更好模拟现实世界中的应用√ 无与伦比的自放电测量的灵敏度和温度稳定性

日前，记者从沈阳工业大学了解到，该校武祥教授团队研制出一种新型正极材料，将锌离子电池的循环寿命提高到6500次，有效改善了锌离子电池寿命短的问题。这将进一步推动锌离子电池研究走向成熟，并为开发可持续能源提供新的方案。　　正极材料对电池的工作电压、容量和稳定性起着决定性作用，是整个锌离子电池研究的关键。因此，开发具有高容量和长循环稳定性的锌离子电池正极材料十分重要。武祥教授团队通过水热法将两种具有不同结构的材料复合后发现，正极材料内部形成的界面为锌离子传输提供更多的通道，有利于电荷的快速传输，提高电极比容量。此外，该电极材料还大大降低了锌离子快速迁移的难度，提高了锌离子电池的整体性能。　　武祥介绍，水系锌离子电池作为锌离子电池的一种，一直以来都是国内外研究的热点。经过优化的水系锌离子电池具有较高的能量密度，比普通的水系锌离子电池高出近一倍。这也就意味着同样的重量或体积下，可以存储的电能是普通电池的近两倍，非常适合用于移动设备和电动汽车等。同时，较长的循环寿命也使得其在使用过程中更加可靠安全。　　“未来，我们还将研制在零下40摄氏度这种极端条件下应用的水系锌离子电池。”武祥说。

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。

2021年3月11日，由中国粉体网联合中国颗粒学会能源颗粒材料专委会主办的“第二届高比能固态电池关键材料技术大会暨第四届能源颗粒材料制备及应用技术高峰论坛”在湖南长沙吉美国际会展酒店隆重开幕。来自全国各地300余名电池材料界专家和厂家代表参加了本次会议。丹东百特仪器有限公司携激光粒度仪和粉体综合特性测试仪参会，为电池厂家提供粒度、物性分析一站式解决方案。相较于传统的锂电池来说，全固态电池具有不易燃、无腐蚀性、不漏液等特性，从而提升了电池使用的安全性。它功率密度较低，能量密度较高，在轻薄化后柔性程度也会有明显的提高，是电动汽车的理想电池。作为传统电池行业的一个新领域，全固态电池的开发是机遇，更面临着挑战。如何满足正负极和固体电解质的离子传输？循环过程中，正负极材料如何良好接触？金属锂电极的体积变化等都是研发团队需要克服的问题。在本次会议上，丹东百特技术总监李雪冰博士做了《固态电池中关键材料颗粒检测面临的问题和挑战》的报告。粒度分布作为电池行业质量把控的重要指标之一，样品分散、数据的稳定性一直是业内关注的焦点。李博士通过应用案例和实测数据就目前颗粒检测面临的问题做出详细分析，提供合理详尽的解决方案，赢得阵阵热烈的掌声。在仪器展示区，丹东百特展出了Bettersize2600激光粒度仪和BT-1001智能粉体特性测试仪。Bettesize2600激光粒度仪采用正反傅里叶技术，量程达到0.02-2600μm，高精度的数据采集与处理系统使测试结果达到同类进口仪器水平，它还具有一键式SOP智能化操作，十分钟就可以学会操作流程。BT-1001智能粉体特性测试仪可测试包含安息角、平板角、振实密度、松装密度、分散度、流动性等14个项目，通过自动控制技术、CCD摄像技术和触摸屏等现代技术，使粉体物性测试进入了科学化、智能化和精确化时代，是电池材料行业物性分析的标准仪器。 作为国内专业的粒度、粒形、粉体物性检测仪器的研究制造企业，丹东百特仪器有限公司始终致力于创新发展，在提供具有国际先进水平的粒度粒形分析仪器的同时，还为各个材料行业提供颗粒检测应用方案。未来，百特将继续发挥技术优势，助力电池材料行业蓬勃发展。

《求是》杂志于 5 月 16 日发表习总书记重要文章《正确认识和把握我国发展重大理论和实践问题》。文章指出要正确认识和把握碳达峰碳中和，须知绿色低碳发展是一个复杂工程和长期任务；需要狠抓绿色低碳技术攻关，加快先进技术推广应用，深入推动能源革命，增加新能源消纳能力，加快建设能源强国。而锂离子作为新兴的储能物质，具备其能量密度高、安全性好、无记忆效应、循环寿命长等优点，被广泛应用于各种可穿戴电子设备和电动汽车等领域。近年来新能源汽车已成为全球锂电产业高速发展的主要动力。此外，电化学储能作为电网储能技术的重要组成部分，在削峰填谷、新能源并网和电力系统辅助服务等大政方针下扮演着愈发重要的角色。当前市场迫切需要开发出更高能量密度、更低成本、循环稳定性更好和可逆比容量更高且安全的锂离子电池，满足行业应用的同时实现社会绿色可持续发展。为方便大家了解关于锂离子材料的最新研究动态，我们给大家分享几篇相关综述和一些利用喷雾干燥技术开展的研究应用，供大家参考学习。代表综述1Particuology （2022）: Balancing particle properties for practical lithium-ion batteries作为最先进的二次电池，锂离子电池在索尼公司于 20 世纪 90 年代初推出以锂钴为负极材料电池后，一直占据着消费电子市场。锂离子电池高效运行的关键在于富锂离子的电解质与电极中活性材料颗粒之间的有效接触。电极材料的颗粒特性影响锂离子的扩散路径、扩散阻力、与活性材料的接触面积、电化学性能和电池的能量密度。为了使锂离子电池达到满意的综合性能，不仅要注重材料的改性，而且要平衡电极材料颗粒的性能。因此，本文将从三个方面分析颗粒特性对电池性能的影响：颗粒尺寸、颗粒分布和颗粒形状。深入了解粒子对电极和电池的作用和机理，将有助于开发和制造实用的锂电池。锂电池本质上是锂离子在两个电极之间反复循环 “流动”，锂离子会不断地被脱嵌和嵌入到正负极材料中，这是电极材料颗粒与电解液接触和反应的过程。因此，锂化和脱锂过程受电极材料颗粒特性的影响。由于电极中活性物质粒子的高比表面积，以及传输和化学转化中多层次结构的多样性，平衡粒子的性能成为实际 LIBs 技术突破的关键。颗粒的形态和尺寸影响锂离子的扩散路径、扩散阻力以及活性材料与电解质的接触面积，进而影响 LIBs 的电化学性能。较小的粒子通常具有较短的从粒子内部到表面的路径，而球形粒子可以提供较大的接触面积并提高电极中的活性物质含量。同时，颗粒大小分布对电极材料颗粒的堆积有直接影响，这种空间效应会影响锂离子的脱嵌，从而影响电池性能。下图作者使用八卦图的方式，展示平衡理念，非常形象的描述了离子颗粒特性的几个因素。更多内容请阅读原文献内容。2Materials （2018）: Spray-Drying of Electrode Materials for Lithium- and Sodium-Ion Batteries锂离子、钠离子及相关电池中电极材料的性能不仅取决于其化学成分，还取决于其微观结构。因此，合成方法的选择至关重要的。在各种各样的合成或成型路线中，报道了越来越多的组合方法，喷雾干燥作为一种多功能工具脱颖而出，提供了扩大到工业级别的潜力。在这篇文章中，概述了迅速增加的文献研究数量，包括溶液的喷雾干燥和悬浮液的喷雾干燥。并特别关注待喷雾干燥的溶液/悬浮液配方的化学方面；也考虑了喷雾干燥前驱体的后处理以及由此产生的颗粒形态。在表格中引用了 300 多种出版，其中条目根据最终化合物组成、起始材料、碳来源等列出。作者建议，关于电极材料的合成，应从早期阶段考虑将结果从克级的实验室规模转移到公斤级工业规模的可能性。这在电极材料研究中尤其重要，因为在从小批量到大批量或连续生产时，由于传热问题，微观结构通常是放大时受影响最大的特性之一。容易放大是喷雾干燥的优势之一，这是一种通用且强大的技术，其在食品和制药行业已成为经典的方法，最近已扩展到电极材料领域的研究。下图来源原文献中：喷雾干燥发表文献&喷雾干燥原理介绍喷雾干燥微观颗粒形态喷雾干燥流程示意图3Drying Technology （2017）: Laboratory spray drying of materials for batteries, lasers, and bioceramics喷雾干燥技术是一种适用于各种先进材料规模化生产的工艺。广泛应用于材料、化学、食品和制药工业领域。该方法具有连续性、可扩展性、成本低、易于产业化等特点。它提供了生成具有特殊结构的功能性粉末的能力，例如复合材料、核壳或封装颗粒等。最近的实验室规模研究集中在开发：用于下一代锂离子电池的纳米/微结构电极材料，具有增强的电池容量和优异的电化学性能透明材料的激光陶瓷生物陶瓷，如具有改善生物活性和治疗效果的骨替代物、牙科植入物和胶连剂本文综述了这些应用领域的研究进展，并强调了实验室规模的喷雾干燥在相应的先进材料加工路线中的重要性。BUCHI 经典实验室喷雾干燥仪 B-290 示意图不同电极材料合成路线（点击查看大图）相关研究应用介绍1Dalton Trans（2021）: Spray-dried assembly of 3D N,P-Co-doped graphene microspheres embedded with core-shell CoP/MoP@C nanoparticles for enhanced lithium-ion storage通讯作者：上海交通大学何雨石教授具有精确控制工程的过渡金属磷化物（TMP）材料的微/纳米结构调控的新型合成方法的发展对于实现其在电池中的实际应用至关重要。本研究采用喷雾干燥技术构建了三维（3D）N,P 共掺杂石墨烯（G-NP）微球，微球内嵌 CoP@C 和 MoP@C 两种核-壳型纳米粒子（CoP@C ⊂ G-NP, MoP@C ⊂ G-NP）。这种有意义的设计显示了微观结构 G-NP 和核壳 CoP@C/MoP@C 纳米粒子系统的化学性质之间的密切相关性，这有助于锂离子电池（LIBs）中的负极性能。所获得的结构具有通过共掺杂杂原子（N,P）制备的稳定的多孔 G-NP 骨架，该骨架具有三维导电高速通道，允许离子和电子快速通过并保持材料的整体结构完整性。内部碳壳可有效抑制体积变化并防止 CoP/MoP 纳米颗粒聚集，提供出色的机械稳定性。因此，CoP@C ⊂ G-NP 和 MoP@C ⊂ G-NP 复合材料在 0.1 A g-1 的电流密度下具有 823.6 和 602.9 mAh g-1 的高比容量；在 1 A g-1 下，500 次和 800 次循环后，比容量为 438 和 301mAh g-1，表现出及其出色的循环稳定性。下面为原文献截图：制备工艺示意图（点击查看大图）电化学性能测试（点击查看大图）2Adv. Energy Mater. （2018）: Spray-Dried Mesoporous Mixed Cu-Ni Oxide@Graphene Nanocomposite Microspheres for High Power and Durable Li-Ion Battery Anodes本研究开发了剥离石墨烯包裹的介孔氧化铜镍（CNO）纳米复合材料，采用快速喷雾干燥技术，通过石墨烯纳米片（GNSs）均匀包裹了分层介孔 CNO 纳米砌块，其协同效应有效地保护了电活性物质免受充放电过程引起的体积变化影响。由于脱落的石墨烯片的笼化效应产生的有趣结构和形态特征，这些 3D/2D CNO@GNS 纳米复合微球有望作为高性能锂离子电池的负极材料。它们表现出前所未有的电化学行为，如高可逆比容量（在低 0.1 mA g-1 下的初始放电容量超过 1700 mAh g-1； 在 1 和 5 mA g-1 下，800 次和 1300 次循环后，比容量为 850 和 730 mAh g-1；在超过 2000 次循环 10 mA g-1 的非常高的电流密度下，比容量仍高于 400 mAh g-1），出色的库伦效率和长期稳定性（超过 3000 次循环，容量保持率＞55%）。与通过传统技术制备的大多数过渡金属氧化物和纳米复合材料相比，其在高电流密度下是显著的。这种简单而创新的材料设计对开发用于锂离子电池或其他储能设备的先进转换材料具有启发意义。（点击查看大图）（点击查看大图）（点击查看大图）（点击查看大图）3ACS Appl. Mater. Interfaces （2020）: MXene Frameworks Promote the Growth and Stability of LiF-Rich Solid−Electrolyte Interphases on Silicon Nanoparticle Bundles通讯作者:上海交通大学何雨石教授，同济大学杨晓伟教授喷雾干燥技术制备高度稳定的纳米硅负极。硅基材料是下一代锂离子电池理想的负极材料；然而，在充放电过程中，硅的体积变化很大，导致电极断裂和固体不稳定−电解质界面（SEI）层，严重影响其稳定性和库仑效率。新兴的 2D MXene 由于其有趣的表面物理化学特性，在电催化领域得到了广泛的研究。本研究将硅纳米颗粒封装在坚固的微米级 MXene 框架中，其中 MXene 纳米片通过毛细管压缩力作用力下发生预褶皱，以有效缓冲体积变化，另外通过简单的热自交联反应在相邻纳米片之间形成了丰富的共价键（Ti−O−Ti）进一步保证了 MXene 框架相邻薄片的坚固性。这两个因素都稳定了电极结构。此外，在充放电循环时， MXene 纳米片上丰富的氟/F封端基团有助于在框架外原位形成高度紧凑、耐用且机械坚固的富含 LiF 的电解质界面（SEI）层，这不仅抑制了 Si 和有机电解质之间的副反应，还增强了 MXene 框架的结构稳定性。得益于这些优点，本研究所制备的阳极具有高达 1797 mA h/g 的高比容量，并且 500 次循环后，高容量保持率为 86.7%，平均库仑效率为 99.6%。可以说，这项工作为其它具有强烈体积效应的高容量电极材料提供了思路。（点击查看大图）（点击查看大图）（点击查看大图）4Ionics (2021) 27: Green and efficient synthesis of LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 cathode material with outstanding electrochemical performance by spray drying method通讯作者:天津工业大学时志强教授，宁波大学阮殿波教授电池制备工艺图（点击查看大图）5

随着科技的日新月异，智能手机、清洁机器人、无人机、新能源汽车等已越来越多的走进人们的日常生活。作为能量与动力的重要载体 - 锂离子电池也在被越来越多的应用。锂离子电池的性能，直接决定了科技设备的续航时间、行驶里程、载荷能力和安全性等因素。锂离子电池主要由正极材料、负极材料、隔膜和电解液等四个主要部分组成，其中隔膜是核心关键材料之一，是制约电池安全性、循环寿命、电性能的关键组件。LLOYD材料力学试验机（LLOYD材料试验机）提供完整的锂电池隔膜力学性能测试，主要包括拉伸强度、延伸率、穿刺强度，剥离强度（涂层复合膜）等。同时LLOYD材料力学测试系统可以完成高精度的锂电池强制内短路测试，确保锂电池更加安全。锂离子电池隔膜拉伸测试LLOYD隔膜拉伸测试采用气动夹具夹紧，在避免操作人员往复手动操作夹紧的同时，极大的提高了测试速度；同时气动夹紧排出了人为夹持过松导致的打滑现象，进一步的提高了数据稳定性。脚踏式开关可解放出操作人员的双手，以更方便和轻松的放置试样。同时为满足不同人员的操作习惯，还可通过气动辅具上的手动开关进行闭合、松开操作，为用户提供极大的便利性。锂离子电池隔膜穿刺试验LLOYD气动穿刺治具是专门为提高电池隔膜穿刺试验效率和稳定性开发的一款气动辅具。该治具采用双杠升降，可定制前后隔膜入料或左右入料，符合人体工程学设计；同时入料方向可旋转，满足不同操作人员的使用习惯。试验人员放置好隔膜后，可通过脚踏开关（或手动开关）快速操作完成夹持，夹持完毕后，只需按手控盒的开始键即可开始试验，试验完毕后可快速安置好下一试验点，迅速完成5点或多点测试。锂离子电池涂层隔膜剥离试验以锂离子电池聚乙烯(PE)等隔膜为基体，在其表面均匀的涂覆厚度为１～２μｍ混有纳米氧化铝粉末及胶凝剂浆体，可以制成无机复合陶瓷涂层锂离子电池隔膜。陶瓷涂层隔膜可以有效的提高锂离子电池的热安全性，同时对电解液具有良好的润湿性及保液性能，可以有效的提高锂离子电池的容量保持性能。锂离子电池强制内短路测试从每年在世界各地发生的电池安全事故的失效初步分析来看，大部分是由于电池内部发生短路引起的。 自 2004 年日本某公司笔记本电池发生起火后，经详细调查，起火是由于电池在生产过程中内部混入了微小的金属颗粒，此颗粒在电池充放电、温度变化和外部撞击的过程中穿刺了正负极隔膜，从而导致内部发生了短路，进而引起热失控，以致发生起火。 但此类偶然混入无法完全避免， 所以我们对锂电池提出了新的测试要求，即： 电池即使有微小颗粒混入， 需要依然能够安全的使用， 而测试电池混入微小颗粒后表现的测试即为锂离子电池的强制内短路测试。

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。

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。

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。

随着我国新能源汽车产业的规模越来越大，对动力锂电池的需求，也逐步增加。电动汽车的主要能量源是动力电池，其发展和应用在很大程度上受动力电池性能影响。锂离子电池发展至今，凭借其高电压、高能量密度、良好的循环性能和绿色环保等优势成为在新能源应用中广泛的化学储能器件之一。图1：锂离子电池的组成示意图 锂离子电池是指以锂离子嵌入化合物为正极材料电池的总称，它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中，Li+ 在两个电极之间往返嵌入和脱嵌：充电时，Li+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。随着对锂离子电池的研究不断深入，电池工业界正在迅速向更高能量密度和更低成本的电池技术努力，以达成零碳排放的目标。 但是目前在锂电池使用或储存过程中仍会出现一定概率的失效，一类是锂离子电池的材料自身缺陷引起的失效，例如正负极的结构衰退，电解液分解，隔膜的老化等；另一类是锂离子电池使用及存储环境引起的失效，例如环境温度过高，充放电过快，过度充放等，都严重降低了锂电池的使用性能、一致性、可靠性和安全性。图2：锂离子电池失效模式 虽然产品的诞生伴随着失效，但只要充分了解失效原因，掌握分析失效的方法和利器，就能从根本上找到并解决失效问题。对于锂电池来说，其失效归根结底是材料的失效。例如，正极材料因局部Li+脱嵌速率不一致导致材料所受应力不均而产生的颗粒破碎；硅负极材料因充放电过程中发生体积膨胀收缩而出现的破碎粉化；隔膜孔隙阻塞等。电池性能和电池材料性质有着息息相关的关系，准确把握材料的特性，是解决电池问题并提升电池性能的重要途径之一。 软件特点简介 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”LIBMAS—锂离子电池材料显微智能分析系统”（以下简称LIBMAS），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。 针对传统软件自动化程度不足，操作复杂的弊端，汇鸿智能科技可为客户量身定制专属软件，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、二次颗粒分布均匀性、开裂球识别、截面孔隙统计、隔膜材料孔隙分析等锂电池材料分析。 应用案例0101开裂球、截面孔隙识别 通常在制备三元正极材料时，采用共沉淀法使亚微米一次粒子致密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1：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1。 在锂电池中，锂离子在正极晶格中反复脱嵌，随着电流密度和颗粒尺寸的增加，仅仅几个循环就出现晶间裂纹。而产生的裂纹对电池性能、SOC、以及锂离子传输路径都会有一定影响。图2：二次球截面孔隙识别 正极颗粒内部通常为二次球颗粒形成的多晶结构，导致正极晶格在循环中容易发生各向异性体积变化，而产生孔隙。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2。使用LIBMAS对截面孔隙进行识别，以轮廓中心点为圆心画出同心圆，以各同心圆圆环内的孔隙率计算同心圆孔隙率RSD，见图3。 图3：二次球截面孔隙率统计及RSD计算 0202团聚颗粒识别 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粒径在几个到十几个微米之间的二次颗粒。图4：一次颗粒团聚形成的二次球颗粒识别 通常团聚体颗粒内部较为密实，一次粒子之间连接处存在晶界。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4、图5。图5：软件自动区分团聚颗粒及团聚颗粒截面 相对于单独的纳米粒子，这种形貌的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。 然而在团聚体反复的充放电过程中，团聚体内部也反复经受一次颗粒体积变化产生的应力冲击，容易在一次颗粒之间的晶界处发生破碎。破碎后的颗粒不仅增大了活性物质的比表面积，进而加剧了活性物质和电解液之间的副反应。而且破碎后的一次粒子之间失去了有效的电接触，也进一步增加了电极材料的阻抗，不利于循环性能的保持。 03单晶颗粒识别图6：单晶颗粒的识别 团聚体的破碎受多种因素影响。减小体积变化程度可以减小应力应变对团聚体的损伤；另外，从前驱体和烧结工艺入手以尽可能增强烧成的团聚体颗粒内部密实度，增强一次粒子之间的结合力，从而提高团聚体颗粒抗破碎的能力。 另外，相比易产生颗粒粉碎的多晶正极材料，许多研究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6、7。 图7：单晶颗粒尺寸统计及分布图 04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8、9。图9：大小二次球颗粒分布均匀性统计05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，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10：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10、11。 图11：隔膜孔隙率统计结果及孔隙面积分布图 针对锂电行业的特殊需求，汇鸿智能科技开发了一整套智能化锂离子电池材料分析系统。汇鸿智能科技公司是一家国际前沿微观AI图像分析生态平台开发公司，以“AI 即专家”为使命， 驱动AI技术，加速实验室智能化升级，构建实验室全场景智慧，为工业分析和质量控制赋能。

随着全球能源转型和新能源汽车产业的快速发展，固态电池作为一种具有高能量密度、长寿命、高安全性的新型电池技术，已经成为未来电池领域的重要发展方向。我国政府高度重视固态电池产业的发展，积极推动技术创新和产业布局。就在今年年初，国产第一块大容量高能量密度的纳米固态钠离子电池中试产品成功下线，标志着我国固态电池技术取得了重要突破。 国产纳米级固态钠离子电池技术特点1、高能量密度国产纳米级固态钠离子电池采用了先进的纳米材料技术，使得电池具有较高的能量密度。相比传统的液态锂离子电池，固态钠离子电池的能量密度提升了30%以上，达到了250Wh/kg以上，甚至有望突破300Wh/kg。这意味着在相同体积或重量下，固态钠离子电池可以存储更多的电能，为新能源汽车提供更长的续航里程。 2、长寿命固态钠离子电池具有较长的循环寿命。由于采用固态电解质，电池内部不存在液态电解质易泄漏、腐蚀等问题，因此电池的寿命得到了显著提升。实验室测试结果表明，国产纳米级固态钠离子电池的循环寿命可达10000次以上，远高于传统液态锂离子电池的寿命。 3、高安全性固态钠离子电池采用固态电解质，具有较好的热稳定性和化学稳定性。在高温、过充、短路等极端条件下，固态电解质不易燃烧和爆炸，有效降低了电池的安全风险。此外，固态电解质还可以有效抑制锂枝晶的生长，降低了电池内部短路的风险，提高了电池的安全性。 4、低成本钠元素在地壳中的储量丰富，且分布广泛，成本低廉。相比锂元素，钠元素的提取和加工成本较低，有利于降低固态钠离子电池的生产成本。此外，固态钠离子电池的结构相对简单，无需使用大量的贵金属催化剂和隔膜材料，也有助于降低成本。 2024年中国固态电池产业发展趋势政策支持我国政府高度重视固态电池产业的发展，将其列为战略性新兴产业。近年来，国家层面出台了一系列政策文件，明确了固态电池产业的发展目标和重点任务。例如，《新能源汽车产业发展规划（2021-2035年）》提出，到2025年，固态电池单体能量密度达到400Wh/kg以上，成本降至1元/Wh以下。这些政策文件的出台，为固态电池产业的发展提供了有力的政策支持。 技术创新我国固态电池技术取得了世界领先的成果。在材料研发、电池设计、制造工艺等方面，我国科研团队不断取得突破。例如，中科院宁波材料所研发的固态电解质材料，具有高离子导率和低界面阻抗的特点；清华大学研发的固态电池制备技术，实现了电池的高效、稳定生产。这些技术创新为固态电池产业的发展奠定了基础。 产业链布局随着固态电池技术的不断成熟，我国企业纷纷加大在固态电池领域的布局。目前，已有数十家企业进入固态电池产业链，涉及材料、设备、电池制造等环节。例如，宁德时代、比亚迪等知名企业纷纷投资固态电池项目，推动产业快速发展。此外，固态电池产业链的上下游企业也在加强合作，共同推动产业发展。 市场需求随着新能源汽车市场的持续扩大，对高性能电池的需求日益增长。固态电池作为一种具有高能量密度、长寿命、高安全性的新型电池，有望成为未来新能源汽车的主流动力电池。根据预测，到2025年，我国新能源汽车销量将达到700万辆，为固态电池市场提供了巨大的发展空间。 国产纳米级固态钠离子电池的成功下线，标志着我国固态电池技术取得了重要突破。在政策支持、技术创新、产业链布局和市场需求的推动下，我国固态电池产业有望在2024年实现快速发展。然而，固态电池产业仍面临诸多挑战，如材料性能提升、制造工艺优化、成本降低等。未来，我国应继续加大研发投入，推动固态电池技术走向成熟，为新能源汽车产业的可持续发展提供有力支撑。 电弛的解决方案2023年，武汉电弛新能源有限公司研发团队经过技术攻关，成功推出了DC IPT 2000/2000Pro 原位气体内压测定仪，为锂电池测试提供了全新的解决方案。该产品方案得到了行业内先进企业的认可，其具有以下优点： 直接穿刺，精准测量传统阿基米德法、理想气体方程或其他“间接法”形式，存在实验过程繁琐、测量误差大的问题。大道至简，DC IPT 2000/2000Pro 直接对锂电池内部气体及压力进行取样和测量。通过锂电池穿刺取样这种直接测量方法，可以快速获取真实、准确的数据，从而极大地提升检测质量效率。 气体采样，兼容并包“间接法”测量无法兼容的问题增加电池测试成本。为了解决这个问题，武汉电弛新能源研发团队设计一种全新的“锂电池气体采样接口（GSP）”，该接口“软硬兼容”——可同时测量软包电池、方形电池和圆柱电池等各类形态电池。便捷快速地评估电池安全性能。DC IPT 2000/2000Pro 测量方式不仅提高了测试效率，也降低了测试成本和风险。①高效便捷：用户无需在不同的测量设备之间切换或等待适配，测试效率高，降低人力时间成本。②数据准确：采用先进的测量技术和算法分析，确保数据的准确性和可靠性。③高重复性：标准化接口设计和测量流程，保证结果的可重复性和一致性，有利于比较分析。 网络接口，云端数据数据也是生产力，高效率的信息传递，对每块电池的质量状态做出快速预判。DC IPT 2000/2000Pro 预设网络接口，实现了数据联云上网，以及与其他测试设备或系统进行数据交互和共享。企业可构建一个完整的电池测试和管理系统，实现对电池测试数据的全面管理和分析，掌握质量情况。 多通道定制，高通量测试DC IPT 2000 /2000Pro 标准款为8通道设计，可定制设计更高通道数量，满足多场景测试需求。每个通道都采用了独立的测量电路，确保了测试的准确性和一致性。无论是大型企业还是研究机构，都可以根据自身的测试需求和规模，选择适合的通道数量和配置。

p 　　近年来，随着新能源政策的利好和社会资本的涌入，新能源行业特别是动力电池制造企业如雨后春笋般不断生长。怎么建设和规划好一个全新的新能源锂电池检测实验室是许多新能源制造关联企业的痛点。新能源锂电池实验室不同于其他家用电器、灯具照明或汽车电子产品实验，由于锂电池在试验过程存在的不确定性和危险性，锂电池可能会产生有毒有害废气、冒烟、明火、甚至出现爆炸、溶液飞溅等情况，这些问题可能导致环境空气污染、设备损坏、实验人员受伤，甚至对人身财产造成巨大损失。因此，无论锂电池试验室规模大小，都有必要在新能源电池实验室的场地建设，设备购置，以及日常的运营成本给予充分的重视和了解。 /p p style=" text-align: center " img title=" 1.png" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201806/insimg/b5a6c188-4150-44ec-aebe-786d32141b2b.jpg" / /p p strong span style=" color: rgb(31, 73, 125) " 　 span style=" color: rgb(84, 141, 212) " 　 span style=" color: rgb(0, 112, 192) " 一、(规划)锂电池实验室设计依据及设备部署： /span /span /span /strong /p p 　　 strong 1、依据标准规范： /strong /p p 　　满足GB/T 32146.2-2015《检验检测实验室设计与建设技术要求 第2部分:电气实验室》标准规范要求设计。 /p p 　　实验室主要用于锂电池强制性安全检查试验，提供稳定可靠的环境条件。为了评估电池在存储、运输、误用和滥用等情况下，是否会引发过热、明火、爆炸、有害气体溢出、人员安全等情况，由此应运而生的电池安全检测标准有：国际标准(IEC 62660、IEC62133)、欧盟标准(EN62133、EN60086)、中国标准(GB31241-2014)、美国标准(SAE UL)、日本标准(JIS)，针对新能源锂电池应用较为广泛的标准是UN 38.3、GB/T31467.3-2015、GB/T 31485-2015、SAND 2005-3123、UL1642、UL2054、UL2580、JIS C 8711、JIS C8714、JIS C 87115、ISO 16750、ISO 12405、SAE J2464。电池标准针对的检测项目，大体可分为电性能适应性、机械适应性和环境适应性测试三大类的检测。 /p p 　　1)电性能适应性：包括电池工况容量、各种倍率的充放电性能、过充性能、过放性能、短路性能、绝缘性能、自放电特性、电性能寿命等。其中过充、过放、短路的实验过程风险较大，可能会存在明火爆炸等剧烈现场。 /p p 　　2)机械适应性：加速度冲击、机械振动、模拟碰撞冲击、重物冲击、自由跌落、电池包翻转、洗涤试验、挤压和钢针穿刺等。其中钢针针刺和挤压的实验过程风险较大，可能会存在明火爆炸等剧烈现场。 /p p 　　3)环境适应性：热滥用(热冲击)、温湿度循环、高低温循环、冷热冲击、温度骤变、真空负压测试、盐雾试验、浸水试验、海水浸泡和明火焚烧等。其中明火焚烧实验过程风险较大，可能会存在爆炸的情况。 /p p 　　 strong 2、(规划)锂电池实验室设备布局： /strong /p p 　　在实验室建设初期规划实验室，既可以降低实验操作风险，同时也能系统的形成检测能力，通常具有完整测试能力的电池检测实验室，可规划成如下功能分区： /p p 　　1)电性能检测区，此区域主要涉及的仪器是充放电机柜、内阻测试仪、绝缘强度测试仪、绝缘电阻测试仪、数据采集设备等，由于电池的实测容量与测试温度有关，因此应对此区域的温度、湿度进行控制。 /p p 　　2)机械性能测试区，此区域主要涉及的仪器包括充放电机柜、振动试验台、冲击碰撞试验台、翻转试验台、三综合实验台，由于设备质量重、体积大、噪音大，且部分检测设备需要下挖，因此此区域多放置在一楼，做好隔音和隔震措施。 /p p 　　3)环境测试区，此区域主要完成温度、湿度、老化、热分析等实验，涉及的仪器包括充放电机柜、高低温箱、负压箱、温湿度实验箱、热分析仪、数据采集设备等，此区域需要24h连续长时间工作，因此容易出现麻痹大意导致安全事故。 /p p 　　4)辅助功能区，可根据实际需要进行配置，包括样品室(放置测试前后的电池样品)、库房(放置闲置线缆、工具等)、办公室、会议室、休息区等。样品室存放电池样品，需要频繁检查电池状态。 /p p 　　5)电池安全测试区，此区域开展的测试均带有危险性，包括样品不成熟导致的风险以及测试本身的风险，包括的测试项目：跌落、针刺、挤压、燃烧、过充、过放、短路、浸水、海水浸泡、高温充放电等项目，涉及的设备包括充放电机柜、跌落试验台、针刺试验机、挤压试验机、燃烧试验机、短路试验机、浸泡设备、高温箱等。由于此区域着火爆炸概率较高，因此需要建设行之有效的尾气排放和处理措施，以避免对环境的影响。 /p p 　　 strong 注意：GB/T 31467.3-2015(电动汽车用锂离子动力蓄电池包和系统 第3部分安全性要求与测试方法)以及GB/T 31485-2015(电动汽车用动力蓄电池安全要求及试验方法)标准部分试验项目适用。 /strong /p p 　　 span style=" color: rgb(0, 112, 192) " strong 二、(规划)锂电池实验室测试程序： /strong /span /p p 　　 strong 1. 电池材料检测 /strong /p p 　　电池材料的测试主要为材料的组成、结构、性能测试，所有测试过程都不涉及任何化学处理步骤，均属于仪器分析，测试的全过程不产生对环境有害的物质。最终产生的废弃样品及未测试的多余样品均交还送检单位。 /p p style=" text-align: center " img title=" 2.png" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201806/insimg/f6c52bd6-dbf2-4a1a-887f-274ec60e8e5f.jpg" / /p p 　　工艺流程简述：称取电池材料—电池材料制样—上机分析—结果输出。 /p p 　　 strong 2、电池单体常规测试、电性能、安全性能和失效性能、可靠性检测 /strong /p p 　　电池单体常规测试包括外观、极性、尺寸和质量，涉及到目检、电压表检测、量具和衡器检测手段，四种测试项目都不涉及任何化学处理步骤，均不产生任何环境有害物质。电池单体电性能测试包括放电容量、倍率、循环寿命，涉及到的设备有电池充放电性能测试仪和电池模块充放电性能测试仪，以上两种设备基于电化学原理进行检测，都不涉及任何化学处理步骤，测试过程中不产生任何环境有害物质。 /p p 　　电池单体安全性能测试包括过充、过放、短路、跌落、高低温、针刺、挤压多项，涉及到针刺机、挤压机、跌落台、高低温箱和过充过放专用设备，所有的测试项目都在专用测试设备内执行，同时操作人员按照国标要求配备有严格的防护措施，测试过程都不涉及任何化学处理步骤。测试结束后产生的失效电池交由送检单位回收处理，对环境不产生影响。电池单体可靠性测试主要包括循环寿命、不同倍率放电特性、不同温度放电特性、充电特性、自放电特性、不同温度自放电特性、存贮特性、过放电特性、不同温度内阻特性、高温测试、温度循环测试、跌落测试、振动测试、容量分布测试等，以上测试涉及到的设备主要为电性能测试仪和部分安全性测试设备，电化学性能测试设备基于电化学原理对电池进行电性能检测，测试过程都不涉及任何化学处理步骤， 不产生化学反应，不产生对环境有害的物质。 /p p 　　电池单体失效分析和电池模型分析在上述可靠性检测、安全性检测、常规检测及化学组成检测等基础上开展，检测过程都不涉及任何化学处理步骤，不产生化学反应。对环境不造成污染。 /p p 　　工艺流程简述：电池单体试样遴选—电池试样连接检测设备—设备自动检测—数据输出。 /p p style=" text-align: center " img title=" 3.png" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201806/insimg/cc2f2757-c359-499b-b8d0-caf36db2fe17.jpg" / /p p 　　 strong 3. 电池模块常规测试、电性能、安全性能和失效性能、可靠性检测 /strong /p p 　　电池模块常规测试包括外观、极性、尺寸和质量，涉及到目检、电压表检测、量具和衡器检测手段，四种测试项目都不涉及任何化学处理步骤，均不产生任何环境有害物质。电池模块电性能测试包括放电容量、倍率、循环寿命，涉及到的设备有电池充放电性能测试仪和电池模块充放电性能测试仪，以上两种设备基于电化学原理进行检测，都不涉及任何化学处理步骤，测试过程中不产生任何环境有害物质。 /p p 　　电池模块安全性能测试包括过充、过放、短路、跌落、高低温、针刺、挤压多项，涉及到针刺机、挤压机、跌落台、高低温箱和过充过放专用设备，所有的测试项目都在专用测试设备内执行，同时操作人员按照国标要求配备有严格的防护措施，测试过程都不涉及任何化学处理步骤。测试结束后产生的失效电池模块交由送检单位回收处理，对环境不产生影响。电池模块可靠性测试主要包括循环寿命、不同倍率放电特性、不同温度放电特性、充电特性、自放电特性、不同温度自放电特性、存贮特性、过放电特性、不同温度内阻特性、高温测试、温度循环测试、跌落测试 、振动测试、容量分布测试等，以上测试涉及到的设备主要为电性能测试仪和部分安全性测试设备，电化学性能测试设备基于电化学原理对电池进行电性能检测，测试过程都不涉及任何化学处理步骤， 不产生化学反应，不产生对环境有害的物质。 /p p 　　电池模块失效分析和电池模型分析在上述可靠性检测、安全性检测、常规检测及化学组成检测等基础上开展，检测过程都不涉及任何化学处理步骤，不产生化学反应。对环境不造成污染。 /p p 　　工艺流程简述：电池模块试样遴选—电池模块试样连接检测设备—设备自动检测—数据输出。 /p p img title=" 4.png" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201806/insimg/b7a7a4dd-b45a-46cf-bc6f-1964c0ab31ef.jpg" / /p p 　　 strong 4. 电池系统常规性能、电性能、安全性能和失效性能检测、可靠性检测 /strong /p p 　　电池系统常规测试包括外观、极性、尺寸和质量，涉及到目检、电压表检测、量具和衡器检测手段，四种测试项目都不涉及任何化学处理步骤，均不产生任何环境有害物质。电池系统电性能测试包括放电容量、倍率、循环寿命，涉及到的设备有电池充放电性能测试仪和电池模块充放电性能测试仪，以上两种设备基于电化学原理进行检测，都不涉及任何化学处理步骤，测试过程中不产生任何环境有害物质。 /p p 　　电池系统安全性能测试包括过充、过放、短路、跌落、高低温、针刺、挤压多项，涉及到针刺机、挤压机、跌落台、高低温箱和过充过放专用设备，所有的测试项目都在专用测试设备内执行，同时操作人员按照国标要求配备有严格的防护措施，测试过程都不涉及任何化学处理步骤。测试结束后产生的失效电池系统交由送检单位回收处理，对环境不产生影响。电池系统可靠性测试主要包括循环寿命、不同倍率放电特性、不同温度放电特性、充电特性、自放电特性、不同温度自放电特性、存贮特性、过放电特性、不同温度内阻特性、高温测试、温度循环测试、跌落测试、振动测试、容量分布测试等，以上测试涉及到的设备主要为电性能测试仪和部分安全性测试设备，电化学性能测试设备基于电化学原理对电池进行电性能检测，测试过程都不涉及任何化学处理步骤， 不产生化学反应，不产生对环境有害的物质。 /p p 　　电池系统失效分析和电池模型分析在上述可靠性检测、安全性检测、常规检测及化学组成检测等基础上开展，检测过程都不涉及任何化学处理步骤，不产生化学反应。对环境不造成污染。 /p p 　　工艺流程简述：电池系统试样遴选—电池系统试样连接检测设备—设备自动检测—数据输出。 /p p style=" text-align: center " img title=" 5.png" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201806/insimg/b6ae167e-9e9b-439b-8098-99f7fc7e2f3f.jpg" / /p p 　　 strong 5、(温馨提示) 由于新能源锂电池能量高度集中，且密集安装，因此即便是正常的试验测试(如各种充放电性能、高空模拟)，也可能因误操作导致危险，下面列举新能源锂电池存在的潜在风险： /strong /p p 　　1)着火、燃烧、爆炸 /p p 　　磷酸铁锂电池在电解液中添加过充添加剂非水有机体系的电解液具有低燃点的易燃性质，它在温度升高的密闭电池体系内极易和充放电过程中非常活跃的电极材料发生一连串催化放热反应，从而引起热失控。同时电解液和电极材料之间的副反应伴有气体产生，当电池内压力达到设定的阀值，泄爆阀开启，并伴随气体泄放。如果电池内部集聚温度过高，与空气种的氧气的接触的情况下引起有机电解液的燃烧，最终导致电池的爆炸。 /p p 　　电池检测中的各种滥用实验的实质，是通过各种手段使电池发生外部短路或内部短路，引起正负材料和电解液的直接反应，电池温度急剧升高。电池的散热性和压力的释放能量决定了电池着火、燃烧或爆炸。对实验现场的着火、燃烧、爆炸的防护，重点是保证试验现场压力要有足够的释放空间，防止燃烧扩展和压力的突然释放，可采取加固防爆壳体、快速压力泄放、通过多传感器融合技术进行预警检测，以实现不爆炸货弱能量的反应。 /p p 　　2)有毒气体的排放 /p p 　　由于电解液含有有机溶剂，在安全检测过程中，电解液的高温气化导致有毒气体的排放，通常有毒气体是通过电池泄爆阀打开后溢出，其气味刺激。当被测样品是大功率的新能源电池时，有毒气体的含量较多，且成分更为复杂，其排放问题更要注意，UL 2580规定了有毒气体释放量的检测要求。有毒气体的排放的防护重点，是加装有害气体检测传感器监测有害气体含量，加装抽风装置或无害化处理装置将有毒气体抽离实验室，避免操作人员与有害气体的接触。 /p p 　　3)漏液的污染性 /p p 　　电池在检测过程中容易出现漏液，漏液会腐蚀设备和测试台的外表面。应加倍关注富液设计电池的这种危害。因此无论是在有意破坏的漏液，或是实验过程意外泄露，都应该关注人员防护、设备防护和测试环境防护。其防护重点是通过严格操作流程管理和规范，将漏液的腐蚀侵害降至最低。 /p p 　　 span style=" color: rgb(0, 112, 192) " strong 三、(规划)锂电池实验室——通风系统特点： /strong /span /p p 　　1、因锂电池在做破坏性测试时可能会产生大量的烟雾或者燃烧废气，需要考虑到通风环保设施要求 系统所作用的通风设备较复杂，流量较大。通风设备在工作期间可根据实际须要控制使用数量，风机负载随通风设备增减而变化。 /p p 　　2、系统控制采用各实验室布点控制，即利用同系统的各通风设备的电动调风阀或在附近设置信号开关，利用电动调风阀或信号开关输送信号远距离控制风机启停。采用电动调风阀对通风设备进行流量调节。 /p p 　　3、采用在风机入口处加装消声器的方式对通风系统进行噪声处理，对于电机功率小于4KW，A式传动的风机采用橡胶减振，对于电机功率大于4KW，C式传动的风机采用阻尼弹簧减振器减振。 /p p 　　4、因应节能要求及实际需要，对全面排风系统P1及局部排风系统P3、P4、P5、P6系统功率≥4KW的通风系统采用变风量变频控制系统控制。节约电能同时也可大大延长风机使用寿命。 /p p 　　5、因应现代环保要求，根据废气类别对P4、P5、P6系统的排气采用酸雾净化塔、活性炭干附等进行环保治理。 /p p 　　6、实验室的通风换气次数取每小时10～20次。 /p p 　　7、支管内风速取6～12m/s，干管内风速取8～14 m/s。 /p p 　　8、通风设备设计风量：单台1800*800*2350mm排毒柜设计排风量：1400～2100CMH 单台1500*800*2350mm排毒柜设计排风量：1100～1700CMH 单台500*500mm原子吸收罩设计排风量：800～1300CMH 单台万向排烟罩设计排风量 180～300CMH。 /p p 　　 strong span style=" color: rgb(0, 112, 192) " 四、(规划)锂电池实验室——内部装饰 /span /strong /p p 　　 strong 1、天花 /strong /p p 　　(1)实验室、办公室天花采用轻钢龙骨吊600*600mm的铝合金扣板天花。 /p p 　　(2)结合通风和机电要求，实验室天花选用铝合金扣板天花可以大幅度降低通风和机电施工难度和强度，也利于日后的正常维护和检修。 /p p 　　(3)实验室天花采用铝合金扣板天花美观，大方，无污染，还可以搭配其他一体化装修完成整个装修工程。 /p p 　　(4)实验室天花采用铝合金扣板天花可以有效的防霉、防潮。 /p p 　　(5)洁净室采用彩钢板天花板。 /p p 　　 strong 2、地面 /strong /p p 　　(1)实验室地面按照甲方要求保留原有抛光砖地面600*600mm。 /p p 　　(2)抛光砖技术成熟，整洁，美观，灰缝小，易于清洁。 /p p 　　(3)在装修过程中，抛光砖的铺设最适合于办公场所。 /p p 　　(4)抛光砖可承受多人办公场所的磨损，维护后不变色不需打蜡抛光等繁复操作。 /p p 　　(5)洗涤室利用原有地面，节约成本。 /p p 　　(6)优质防滑地砖可以有效杜绝液积留在地板上对实验室工作人员造成的不便。 /p p 　　 strong 3、墙体 /strong /p p 　　(1)新砌墙身采用轻质砖砌180mm厚砖墙，双面批荡面贴500*500抛光砖。 /p p 　　(2)采用其他墙体全部贴500*500抛光砖 /p p 　　(3 走廊用12mm厚钢化玻璃做玻璃隔墙，踢脚线材质选用抛光砖。 /p p 　　(4)采用玻璃间隔的设计使得开放式实验成为一种可能。 /p p 　　(5)采用玻璃间隔的设计令人视野开阔，整体实验室洁净、明亮。 /p p 　　 strong 4、门窗 /strong /p p 　　(1)实验室统一采用12mm厚钢化玻璃地弹簧门，增加实验室通透性。按照规划设计要求，分为900*2100mm、1200*2100mm、1500*2100 mm三种规格，根据具体情况，洁净室的门为800*2100 mm。 /p p 　　(2)实验室主通道入口用1500*2100mm钢化玻璃双开门，外加电脑磁卡感应门锁(配10张卡)。 /p p 　　 span style=" color: rgb(0, 112, 192) " strong 四、(建议)锂电池实验室注意事项： /strong /span /p p 　　实验室设计之初就应该全面性的考虑到被测试锂电池出现爆炸、燃烧、漏液等问题。 /p p 　　 strong 1.爆炸前预警： /strong 由于电池起火爆炸前会有很大的变化，可以传感器充分检测指标达到爆炸前预警的目的。这些变化包括——温度升高、电流突然增大、泄爆阀打开、有害气体溢出等，其中温度和电流是预警的重要指标，对相同规格的电池具有相似的指标，通过概率分布可形成较好的爆炸预测。 /p p 　　 strong 2.爆炸过程控制： /strong 电池连锁爆炸是爆炸过程控制的重点，通过切断电流回路、降低爆炸现场温度、阻断燃烧路径、撤离着火源头等方式，其中以切断电流回路和干冰灭火方式最为有效。既能起到控制火情，同时也保留了测试样品。 /p p 　　 strong 3.污染物可回收： /strong 污染物包括固态污染物和气体污染，通过电池回收罐收集固态污染物回收时，要避免二次危险。有害气体的回收成本非常高昂，可根据实际情况酌情处理。 /p p 　　 strong 4.试验室防爆系统： /strong 房间内安装2个传感探头。测试单元放置在室外可随时的监测试验室内的气体是否超标。报警系统分2级控制当第1级报警时启动声音报警，此时不切断电路。当浓度继续升高时达到2级报警时报警器自动打开风阀启动抽排风系统并切断实验室电源。防爆室内部采用1.2mm厚的钢板焊接而成，墙体可采用铝塑板或其他材料支撑，整改防爆室具有耐火、防止爆炸物飞出等功能。防爆门采用往里面推开的开门方式，必须具有防止冲击波导致开门的问题，门上配置有防爆玻璃观察窗，并且窗上焊接有铁柱防止玻璃破裂。防爆室上空设置有铁制的通风管道，其作用有二 1、当有燃烧、烟雾时，开启风机抽风，2、主要用于泄放爆炸时的压力。因此通风管道需要做宽，建议尺寸不小于500mm× 600mm× 870000mm。 /p p 　　 strong 5.每个防爆室配置有防爆灯，视频监控探头。 /strong 视频监控探头对准被测物位置。每个防爆室的底部设置有设备的连线门洞：100mm× 200mm 在高1000mm处也设置有直径500mm的连线门洞，门洞的里面一侧设置有钢铁挡板。防爆室作为样品储存室使用，并配置有小一匹分体式空调作为恒温，外墙配置有直径120mm的排气扇。里面配置有消防烟感探头。 /p p 　　 strong 6.充放电区： /strong 设置有试验台，台面分有仪器操作位置和样品区，样品区四周及底面采用1.2mm不锈钢板焊接 前面设置有开门 上方开孔，用于泄放用。也可以在上方加装排气管道。样品区的侧面开有直径50mm的孔用于连接线。样品区可放置定做的防爆箱。 /p p 　　 strong 7.消防要求： /strong 在人员操作区和样品区设置有消防烟感探头。 /p p 　　 strong 8.视频监控要求： /strong 共用七个视频监控探头，五个用于防爆室，两个用于冲放电区，在防爆室外配置有视频监控显示器，可在测试过程中查看到里面情况，并具有连接内网功能，可便于在办公室查看具体情况。空调恒温功能：在人员操作区采用原来配置有的5匹空调，另外在A防爆室加装小一匹空调用于储存室。 /p p 　　 strong 9.实验室噪音： /strong 实验室噪声源主要为测试设备、风机等设备运行时产生的噪声，其噪声值约为 50～75dB(A)之间。 /p p 　　 strong 10.电气控制柜及电气连线，有永久性的标志，并与图纸相符，同时符合国家有关的标准。 /strong 设备供电采用三相五线制供电。可靠地保护人身安全。测试系统应增加电源切换开关，能够给各台位提供不同频率的电源(同时包括每台的一路市电供电。试验室有高温保护装置，具有过流、漏电保护、有保险丝。 /p p 　　 strong span style=" color: rgb(0, 112, 192) " 五、(规划)锂电池实验室水电要求： /span /strong /p p 　　1.配备电源：3Φ5W 380V，50/60Hz 总功率约130KVA /p p 　　2.独立地线：接地电阻≤4Ω /p p 　　3.给水：配管连接直径Φ20 水压≥0.15MPa，水质洁净无杂质 /p p 　　4.排水：配管连接直径Φ100。 /p p 　　 span style=" color: rgb(0, 112, 192) " strong 六、(设计)锂电池实验室测量系统精度： /strong /span /p p 　　1.所以控制值的准确度应在以下范围内 /p p 　　2.电压：± 1.0% /p p 　　3.电流：± 1.0% /p p 　　4.温度: ± 2℃ /p p 　　5.时间：± 1.0% /p p 　　6.尺寸：± 1.0% /p p 　　7.容量：± 1.0%。 /p p 　　 strong span style=" color: rgb(0, 112, 192) " 七、锂电池防爆实验室典型设计应用： /span /strong /p p style=" text-align: center " strong span style=" color: rgb(0, 112, 192) " img title=" 6.png" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201806/insimg/99c27761-dfaf-494b-a3db-5c2355573e90.jpg" / /span /strong /p p style=" text-align: center " (锂电池实验室效果图) /p p style=" text-align: center " img title=" 7.png" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201806/insimg/cab6d5f4-6ae1-4329-ab4d-24dfb53560e9.jpg" / /p p style=" text-align: center " (测试系统综合交钥匙工程) /p p style=" text-align: center " img title=" 8.png" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201806/insimg/839110f4-dffb-4911-a168-6afd61901ad6.jpg" / /p p style=" text-align: center " (电池整体实验室正面) /p p style=" text-align: center " img title=" 9.png" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201806/insimg/d9e4888e-a8a8-465a-9cfc-f8526ff437aa.jpg" / /p p style=" text-align: center " (电池整体实验室背面) /p p 　　 strong 作者：东莞市高升电子精密科技有限公司(DELTA德尔塔仪器) /strong /p