鋰電研究逐年走熱,背後20餘類分析表徵技術你了解多少?

2020-11-30 儀器信息網

隨著消費電子產品需求不斷增長、電動汽車的普及，鋰離子電池市場在近年來實現穩定增長。而隨著使用的廣泛普及，鋰電安全性、高效性逐漸成為鋰電實驗室研究以及商業化鋰電產品失效分析關注的重點。

近十年鋰電相關博碩士畢業論文數量遞增（知網資料庫）

鋰電池材料關心的結構、動力學等性能，均與電池材料的組成與微結構密切相關，準確和全面的理解鋰電池材料的構效關係需要綜合運用多種檢測技術。

以鋰電實驗室研究為例，據儀器信息網對2017年國內近600篇核心期刊發表鋰電研究相關論文統計，鋰電科研用檢測儀器設備品類數量分布如下圖。常用的檢測儀器設備超過20種，其中佔比較高的有電鏡（24%）、電化學工作站（15%）、電池性能檢測系統（15%）、X射線衍射儀（12%）、熱分析儀（7%）、X射線光電子能譜（5%）比表面測試儀（4%）、紅外光譜儀（4%）、拉曼光譜儀（3%）等。

同時，儀器廠商端也積極響應市場需求，發布大量鋰電檢測相關儀器技術及解決方案，根據儀器信息網「行業應用」欄目大數據，近五年內，儀器廠商在儀器信息網發布鋰電相關解決方案數近1000項，解決方案檢測對象分布如下圖。


廠商關注的檢測樣品與鋰電產業鏈檢測需求相吻合，主要集中在鋰電材料的正負極材料、隔膜、電解液等。主要檢測項目涵蓋了鋰電檢測相關的電化學性能、材料表徵、安全性能等項目：

測試內容

常見檢測方法

測試案例

成分分析

能量彌散 X 射線譜(EDX)、電感耦合等離子體(ICP)、GC-MS、二次離子質譜(SIMS)、X 射線螢光光譜儀(XRF)

正/負極材料、隔膜、電解液、產生氣體

結構分析

X射線衍射(XRD)、拉曼分光法(Raman)、NMR、透射電鏡(TEM)、中子衍射(ND)、擴展 X 射線吸收精細譜(EXAFS)、核磁共振(NMR)、球差校正掃描透射電鏡(ABF-STEM)

正/負極材料、黏合劑

形貌分析

掃描電鏡(SEM)、截面 SEM、TEM、原子力顯微鏡(AFM)

正/負極材料、黏合劑、隔膜

價態分析

X 射線光電子能譜(XPS)、電子能量損失譜(EELS)、掃描透射Ｘ射線成像(STXM)、X 射線近邊結構譜(XANES)、電子自旋共振(ESR)、NMR

正/負極材料

界面分析

傅立葉變換紅外光譜(FTIR)、XPS、SEM、SIMS、掃描探針顯微鏡(SPM)、開爾文探針力顯微鏡(KPFM)

正/負極材料

顆粒性能

雷射粒度儀、BET比表面儀、振實密度儀、壓實密度儀

-

正/負極材料

電性能分析

電化學工作站、電池測試系統、半電池測試、電化學阻抗(EIS)

正/負極材料

熱性能分析

熱重分析(TGA)—差式掃描量熱法(DSC)、絕熱加速量熱儀(ARC)

正/負極材料、隔膜

分子量分析

凝膠滲透色譜(GPC)

黏合劑

環境適應性

試驗機、環境試驗箱

原電池、電池組

從鋰電實驗室研究角度講，鋰電材料包含金屬、無機非金屬、有機物、聚合物等多種材料，涉及到材料化學、固體化學、化學工程等領域。研究的基礎科學問題主要包括材料體系、電化學反應機理、儲鋰過程熱力學、動力學、結構演化、表界面反應、安全性、力學性質等。需要獲得鋰電信息包括化學組成、材料形貌、晶體結構、微觀組織、表面結構、輸運特性、力學特性、熱學特性等。鋰電常用的表徵技術包括電鏡技術、X 射線衍射、粒度儀、熱分析技術等。

從商業化鋰電產品角度講，鋰電在使用或儲存過程中常出現某些失效現象，包括容量衰減、內阻增大、倍率性能降低、產氣、漏液、短路、變形、熱失控、析鋰等，嚴重降低了鋰離子電池的使用性能、一致性、可靠性、安全性。對失效現象的正確分析和理解對鋰離子電池性能的提升和技術改進有著重要作用。從安全性、可靠性等方面出發，常見檢測方法包括：電化學工作站、電池測試系統、試驗機、環境試驗箱等。

此背景下，儀器信息網將於2020年4月24日，組織「鋰離子電池檢測技術及應用」主題網絡研討會，邀請12位鋰電領域研究應用專家、相關儀器技術專家，針對標準、主要鋰電檢測技術進行一一解讀，為關注鋰電檢測技術人士提供在線交流平臺。

報告主題1：鋰電標準及綜合解讀

吳志芹(北京市產品質量監督檢驗院)：電動汽車動力電池標準解讀與檢測

周健(納凡檢測技術(上海)有限公司 )： 鋰電池失效背後的材料表徵科學--如何利用通用儀器進行鋰電研究？

報告主題2：鋰電元素分析技術

袁智泉(安捷倫)：GCMS在鋰電材料或鋰電研發領域應用進展

賀靜芳(賽默飛世爾科技)：賽默飛ICPOES鋰電池檢測解決方案

田宇紘(煙臺大學)：基於X螢光的新型鋰電正極材料元素分析儀及技術

報告主題3：鋰電錶面分析技術

王怡(天目湖先進儲能技術研究院)：鋰電池高電壓正極材料表界面性質研究

謝方豔(中山大學)：原位光電子能譜在鋰離子電池研究中的應用

報告主題4：鋰電CT檢測技術

袁春暉(天津三英精密)：X射線CT無損成像技術在鋰電池研究中的應用

黃軍飛(島津)：微焦點X射線透視及CT裝置在鋰電池行業中的應用

報告主題5：鋰電熱分析技術

 王榮(耐馳)：鋰電行業熱分析解決方案介紹

袁寧肖(梅特勒-託利多)：熱分析技術在鋰電池行業中的應用

報告主題6：鋰電結構表徵技術

閆鵬飛(北京工業大學 )：鈷酸鋰正極材料失效機理的電子顯微學研究

王冬梅(賽默飛世爾科技)：拉曼光譜在鋰電池行業的應用進展

  報名方式

點擊連結：https://www.instrument.com.cn/webinar/meetings/ldc2020/

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演講嘉賓：

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