通过LIB金属异物检查来提高安全性以及成品率

利用X射线技术，对锂离子电池的金属异物进行检测，通过这种方式来提高电池的安全性和合格率。今天分享的内容是分三部分：第一，日立和锂离子电池金属检测仪器开发的背景；第二，介绍设备；第三，介绍日立生产线。

众所周知，全世界都在强化环境保护，作为使用清洁能源的电动汽车，已然成为当今世界交通工具的发展趋势。这里面有一张图，是电动汽车全球销售的预测图，在图里面也可以看得出来，跟蓝色部分（混合动力汽车，蓝色部分每年的增速是比较稳定相比，青色和橙色（插片式混动、纯电动），它们是要高于混合动力的汽车增幅。锂离子在向小型化、高能量型的方向转变。作为电动汽车的动力能源，锂离子电池曾经在小型的电子产品当中出现过发热、易爆的现象，因此，它作为汽车里的动力能源，安全性和品质管理就显得尤为重要。

除了安全性之外，电池的使用寿命、使用特点、可生产性、生产成本，也是越来越受到生产企业的重视。如果说我们在电池里面混入金属异物，就有可能导致电池内部的短路。电池一短路，就有可能降低电池的性能，从而还会导致电池发热发烫，甚至是着火。从1995年到现在，也出现过很多的异物，而导致电车着火的事故。当然，作为我们生产企业而言，必然是希望在生产过程当中尽量地减少金属异物的混入。

我们来看一下，如果锂离子电池混入了金属异物会出现什么情况，如果出现大颗粒的金属异物，在使用的时候就有可能造成金属异物直接穿透隔膜，就会形成短路，短时间内就会让电池发热发烫，甚至是着火。如果是混入小的金属异物，可能不会马上出现发热、发烫和着火，但是，金属异物在长期的冲撞过程当中会有离子化的过程，离子化会慢慢沉积，沉积了之后会逐渐形成电池内的短路，这也是很危险的。它直接的影响当然是导致电池的电压下降，影响锂电池的使用效能。

再来看一下金属异物跟企业的关联性，刚刚说混入大型金属异物会立即造成电池的短路，产品生产出来就是不合格的产品，这对于企业有什么影响？肯定是影响了企业的生产成本。影响生产成本不说，有可能还会影响企业的生产计划、供应商的供货计划等等。如果是微小的金属异物，它不会像大颗粒金属异物会马上短路，但是长期的冲撞过程就会慢慢形成短路。如果说在微小异物当中，数量比较多的话，还可能会加速短路的情况。

这种情况也会生产出隐性的不良产品，这种产品如果走进市场，就会出现电池性能下降，将来会影响企业口碑之类的。混入是极微小的异物，它相对于微小异物，风险低一些。电池里面微小数量很多的话，离子化的速度可能会加快，这样也会形成电池的不良性能。

能够快速检测金属异物，对于企业来说是非常重要的。伴随着锂离子电池产业的快速成长，还有电池产品产量的极速增加，对于金属异物检测需求也是与日俱增。日立公司从原来已有的X射线荧光设备当中做了改进，增加了一套透射X射线，在增加了投射X射线之后，有了一套快速应对金属异物的检测，包括尺寸、数量、以及异物的元素分析的产品。

下面，我来简单的介绍一下这款产品。大家都知道X射线是一种电磁波，最大的特性就是具有穿透作用，首先可以通过投射X射线对样品进行投射，投射完了之后，就可以发现隐藏在样品当中的金属异物。通过X射线光电效应，不破坏样品的情况下对样品进行元素分析，以此确定元素的异物成分。EA8000对锂电池使用的隔膜、电极板和导电助剂进行异物的检测，下面我们来具体看看。

整个是反映了EA8000工作原理，首先是利用X射线的透彻技术，把样品放在样品台上，通过投射X射线对样品进行扫描，扫描完了之后会出现什么信息呢？就会出现金属异物的大小（尺寸），以及在样品当中异物的数量、异物在电池的位置信息。会出现：异物位置、异物尺寸和异物的数量信息。再利用荧光部分，它对投射发现的每一个金属异物点进行荧光扫描，扫描完了之后，就会出现异物的元素成分的分析。最右边就是EA8000的外观图。

这是测试隔膜的案例，我们可以把一张大约A4纸尺寸大小的隔膜，直接放在样品台上，让ET进行投射扫描。所画的这么大的隔膜，大约只需要3分钟左右。扫描完了之后再看绿色部分，这是发现的绿色异物点，不仅是异物的坐标，还有异物的尺寸，还能看到隔膜上的异物数。测出来这些信息之后，然后对每一个异物进行透彻扫描，投射之前会把异物尺寸以图象的形式放大，放大完了之后就会进行异物点的荧光扫描，扫描的同时就会产生轮廓图，产生轮廓图之后就会根据轮廓图来识别异物点的元素成分。

下面这个是测量导电助剂的案例，可以取适量的导电助剂粉末，装入塑料袋，再借助简单的工具在塑料袋里面摊平，直接就可以测量了。首先是投射X射线做投射，投射完了之后，所有的异物都会显示出来，之后再用荧光X射线对异物点进行单独的扫描，之后就会出现轮廓图，以及根据轮廓图来识别异物点是包含哪些金属元素。

下面这两个图是扫描过程当中异物点的颜色和周围分异物区域的区分，这是对正极板的测试，它能把极片直接放在样品台上扫描，就会扫描出异物，针对每一个异物做一个单独的元素分析。接下来我们来了解一下EA8000应用范围，我们知道电池生产过程要经过很多的工艺环节，EA8000可以从原材料入场进行检测，一直到层压，整个工艺环节都可以使用EA8000，随时都能进行异物的检测。

最后总结一下EA8000的应用和使用效果，从前面的几个测试案例当中，我们可以了解到EA8000能从大的样品面积当中搜寻极微小的金属异物，以此确定异物的元素和成分；它能对导电助积轻元素的粉末直接进行检测，也能把隐藏在粉末里面的金属异物、大小、数量、元素成分同时给测出来；还能对电极板进行异物检测，也能得到元素的数量、尺寸和元素成分。

随着电动汽车市场的激速扩大，为了满足LIB的大量生产的品质管理要求，EA8000能够有效地、快速的应对金属异物的尺寸、数量、元素成分分析的应对能力。

最后，我来介绍一下日立企业在本次展位展出的产品，首先是分析设备，包括我刚刚介绍的EA8000、X射线分析仪，还有热分析仪、原子吸收分光广度计；还有电子显微镜，包括扫描电镜、投射电竞；还有电池制造设备：叠片机、组装机、干燥房等等。我们的展位是7A98，欢迎大家莅临展位参观、访问和技术交流。

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