如何通过显微镜解决方案保障电池制造安全高效

2024年06月07日 14:22 来源：徕卡显微系统（上海）贸易有限公司

电池的使用范围从便携式电子设备到电动车辆和储能。高效、可靠和安全的高性能电池的经济制造至关重要。对于电池组件而言，由于该行业仍然相对新兴且正在不断发展，因此质量控制（QC）、故障分析（FA）和研发都很重要。

电池生产有多个步骤，如电极片制造以及单元组装和精加工，都需要检测和质量控制。在质量控制、故障分析和研发过程中，需要从样品制备到显微镜目视和化学分析等不同的解决方案。

电池电极片是如何制造的？

首先，将阳极和阴极的原材料混合，以产生均匀的浆料。然后使用这种浆料涂覆金属箔，通常为铜或铝，然后干燥。通过压延达到所需的电极厚度。然后，将母卷切割成更小的卷材（子卷）。最后，真空干燥可去除任何残留溶剂。

什么是电池单元组装？

在单元组装中，根据单元的几何形状，将单个组件（即阳极、阴极和隔膜）进行堆叠或卷绕。然后，在电极和端子之间形成电气接触。然后，将堆叠或卷绕插入单元外壳中。

电池单元后段加工工序是什么？

单元中填充有电解液。然后，在封闭电池单元之前，必须清除预充电过程中产生的气体。最后，电池单元经过自动化成形和老化过程，以获得最佳电池性能。

电池生产的步骤是什么？

先进的电池生产包括 3 个主要步骤：

电极片制造

制备电极片时，将导电添加剂和粘合剂混合，然后用其涂覆电极薄膜，在压延过程中压缩，切割到合适的尺寸（分切），最后干燥以除去残留水分。

电池单元组装

其中阳极和阴极根据电池单元设计成形，例如圆柱形、棱柱形或袋状（分离），然后进行堆叠或缠绕、焊接并插入填充有电解质的外壳中。

电池单元后段工序

通过充电和放电循环（成形）进行电化学活化，以确保操作性能和稳定性，然后进行脱气、老化和最终测试。

电池电极片显示出一个孔缺陷。使用暗场照明和徕卡复合显微镜采集的图像。

电池电极片检测

电极片是电池中最小单元的一部分，任何关键缺陷（如杂质、涂层中的气孔和边缘波动）都会严重降低电池性能和可靠性。

此类缺陷可能导致短路，并对用户造成安全风险。此外，由于易碎性增加，它们会妨碍处理电极片的能力。因此，在制造过程中对电极片表面和批量均匀性进行在线质量控制和检测非常重要。显微镜检测可用于常规电极片质量检查、扩大生产线，并培训人工智能系统检测缺陷。

测量电池极片中孔缺陷的深度。使用徕卡复合显微镜记录三维图像。

电池的毛刺检测

毛刺检测很重要，因为在分切和电池组装过程中，电极片边缘产生的毛刺会损坏分离器并造成短路。毛刺也会导致热失控，这种现象发生在充电期间电池的温度控制出现故障时。热失控会导致温度持续升高，这可能导致电池组件分解，最终引发火灾甚至爆炸。

高性能显微镜可用于检测装配过程中的毛刺，以最大限度地减少毛刺，帮助防止因热失控和短路而导致电池降解。

电池电极片边缘有毛刺（用红色箭头标记）。使用 DVM6 数码显微镜拍摄的图像。

电池组件的横截面分析

高性能电池系统的开发和生产需要对组件内部结构进行检查。使用横截面分析等先进技术。

此分析需要制备样品横截面和各种分析方法。由于零部件材料的软脆特性，制备将富有挑战。

高质量的横截面制备不能有明显的碎屑（脆性材料）和污渍（软性材料）。在真空或受控环境中处理和制备样品数小时至关重要。分析应快速可靠地提供结果。提供这些优势的解决方案包括：

电池生产的清洁度分析

电池生产过程中的颗粒污染会导致短路和过热，从而导致电池性能差、使用寿命短甚至故障。

因此，在零部件制造和组装过程中，颗粒检测和消除是质量控制的关键部分。为了在电池生产过程中进行高效的质量控制，应实施稳健的清洁度分析流程。

光学显微镜可提供快速准确的清洁度分析解决方案。为了进行视觉和化学评估，需要使用光谱法进行显微镜检查。

电池生产过程中的清洁度分析：使用徕卡复合显微镜和 Cleanliness Expert 软件进行分析的滤光片上铜（Cu）颗粒的图像。

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