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“挑刺”专家—奥林巴斯DSX系列数码显微镜

锂离子电池作为21世纪发展的理想能源,受到越来越多的关注。但锂离子电池在生产、运输、使用过程中会出现某些失效现象,而且单一电池失效之后会影响整个电池组的性能和可靠性,甚至会导致电池组停止工作或其他安全问题。近年来电动汽车频发的起火事故,引发大规模召回,责任主体波及国内外制造商与电池企业。不仅让涉事企业品牌形象受损,电池企业亦被要求承担召回或更换电池的巨额费用。
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常见的电动汽车锂电池主要以磷酸铁锂、锰酸锂和三元锂电池为主,动力锂电池与大家常见的电池一样也分为正负两极,其中所有的锂离子都被保存到正极,而负极则是由石墨(碳)组成,在正负两极之间则包括了电解液和隔膜。动力锂电池的放电过程就是锂离子从负极到正极的移动过程,而通过锂电池的放电来为各种设备提供运行所需的电能。
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锂电池失效成因

锂电池失效现象分为显性和隐性两部分。显性指的是直接可观测的表现和特征,例如失效现场出现并可通过粗视分析观察到的表面结构破碎和形变,包括起火燃烧、发热、鼓胀(产气)、变形、漏液、封装材料破损及畸变、封装材料毛刺、虚焊或漏焊、塑料材质熔化变形等。隐性指的是不能直接观测而需要通过拆解、分析后得到的或者是模拟实验中所展现的表现和特征,例如通过实验室拆解检测到的微观失效等。

锂电池失效过程中常有的隐性失效现象有正负极内短路、析锂、极片掉粉、隔膜老化、隔膜阻塞、隔膜刺穿、电解液干涸、电解液变性失效、负极溶解、过渡金属析出(含析铜)、极片毛刺、卷绕(或叠片)异常、容量跳水、电压异常、电阻过高、循环寿命异常、高/低温性能异常等。

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奥林巴斯DSX系列数码显微镜显微镜涵盖20-8200X的放大倍率,还可以利用该数码显微镜的六种观察方法,对各种样品进行观察与测量。显微镜头部和载物台可以分别进行± 90°的自由角度调节,从而满足对各种复杂外形样品的任意角度观察。

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数码显微系统在锂电池检测应用


锂电池极片上的毛刺会使得隔膜破损,导致电芯内部短路而报废,严重者还可能会出现安全问题。因此,锂电池极片的毛刺检测便显现的尤为重要。
DSX1000检测极片毛刺一般流程:先采用100倍实时观察极片状况,异常区域进一步切换300倍、500倍、1000倍或更高倍率进行毛刺判定与测量。

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除毛刺检测外,还广泛应用于极片缺陷分析、激光切割极片熔珠检测、铜箔铜屑检测、软包电池检测、隔膜残留和异物检测、注液口盖帽表面分析及刀具检测等多个检测工序。


极片缺陷分析

极片开裂、掉料或偏移,极片表面多孔洞或疏松,将造成锂电池能量密度降低,且容易引发安全隐患。DSX1000通过300倍观察极片,发现极片缺陷。

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上:极片开裂检测;中:极片掉料检测;下:极片断层检测


激光切割极片熔珠检测

激光切割技术通过高功率密度激光束照射切割的电池极片,局部温度快速加热至很高的温度,迅速融化、汽化、烧蚀或达到燃点而形成孔洞。而随着光束在极片上移动,孔洞连续形成宽度很窄的切缝,完成对极片的切割。但伴随而来的问题是:巨大的激光热影响片区及熔珠的产生。

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上:300X;下:1400X

铜箔检测

负极基材铜箔在生产过程中会产生掉粉,采取专用胶带粘黏,在显微镜下进行观测分析

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软包电池检测

制成的电池中极片相对位置的检测,查验叠片工艺中极片是否出现错位。一旦错位数值超出一定比例,便会导致失效。

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隔膜残留和异物检测

在失效分析过程中隔膜上会出现残留、异物、缺陷等,从而需要进一步检测分析。

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电池注液口盖帽表面铝屑检测

注液口的封装盖帽是铝制材料,在加工过程中可能会有铝屑的掉落,导致穿刺等危害存在,从而引发安全事故的发生。

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左:盖帽3D模型分析;右:表面颗粒检测


定制化平台

常规检测中经常会碰到大尺寸样品,尤其是极片的毛刺检测中,都是截取一段极片,从头检测至尾,因此大家可以提供大平台的定制。此类方案已经非常成熟地在动力电池领域规模应用。

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通过上述的检测应用大家可以看出奥林巴斯DSX系列数码显微镜堪称“挑刺”专家!

DSX1000数码显微镜易于使用,并提供一些自动化功能,从而可确保经验丰富的操作人员和刚入行的初学新手都能快速、准确地检测和分析样品。如果将数码显微镜与大家的图像分析App配套使用,还可以进一步提高检测工作流程的速度和效率。

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