电梯缘何变火海——锂电行业爆发中的安全性拷问

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安全性

然而，另一方面，锂电池事故频繁见诸报端：

- 4月16日，北京丰台区某储能电站起火，并在处置过程中突然爆炸。

- 4月，知名电动车企因车辆“自燃而燃”等事故，被《经济日报》特发评论呼吁有关部门介入。

一边是行业需求井喷，一边是动力电池和储能应用领域电池安全问题仍未得到解决，使锂离子电池的安全性受到极大关注。因此，在进一步推进我国当今先进电池技术的进步及产业竞争力（能量密度、生产成本等）提升的同时，安全性是目前急需解决的问题。

纵观锂离子电池发展史，在早期推广阶段，也曾出现电池起火、爆炸等安全性事故。但通过技术研发和工艺改进基本解决了问题。现在我们已经很少看到手机或电脑电池的相关事故。在动力电池和储能领域的推广中，由于充放电电流远高于消费电池，而且自发热大，造成了频出的安全事故。但在巨大应用前景的促进下，锂电行业也将在基础理论的指引下，逐步从技术、材料、工艺和管理等方面突破，跨越安全性这一障碍。

● 岛津解决方案 ●

针对锂电池行业目前的发展现状，岛津根据行业分析和检测需求，结合各条产品线优势产品，整理了《锂离子电池分析检测应用文集》，希望从分析检测的角度，助力锂离子电池的品质提升，为人类更安全地享有锂离子电池的技术红利献上微薄之力。

岛津《锂离子电池分析检测应用文集》目录

本应用文集中，从正极、负极、隔膜、电解液和电池组件及辅材五个方面归纳整理了对应材料和组件各项性能的分析应用案例。涉及元素成分、物相结构、形貌、有机成分、材料试验性能和组装电池的内部结构检查。汇集了岛津光谱与表面、色质谱、X射线透视以及材料试验各大产品线的众多仪器种类。

• 正/负极材料

其中在正负极材料部分，在以等离子体发射光谱、EDX保证纯度和元素配比之外，通过XRD给出样品的物相组成、晶胞结构参数、石墨化度、结晶度和晶粒取向，配合Rietveld精修还可以获得原子占位率信息，如三元材料中的LiNi混排；结合XPS得到的元素价态分析，能够更深入理解电池运作机理，甚至可实现充放电状态下直接进行原位观测。

图1 掺杂磷酸铁锂Rietveld精修结果

图 2 电极（蓝色）和微晶（红色）区域的Cl 2p的110微米选区精细谱

• 隔膜和电解液

隔膜和电解液是锂离子电池有机成分的主要来源。红外光谱和色质谱类仪器可用于化合物鉴定与分子结构表征，以及有机组分的定量分析。对于了解材料中的官能团信息非常有效，对精确控制电解液中溶剂比例和重要添加剂的掺入量更十分重要。扫描探针显微镜则从结构分析的角度，将锂电池隔膜材料的孔隙可视化，分别以二维和三维的形式展现，并可得到表面的粗糙度以及详细高度信息的剖面线。对材料鉴定和对锂离子传输的控制起到重要作用。

图3 锂电池隔膜扫描探针显微镜图片

• 电池组件及辅材

除材料性能外，电池生产中的卷绕、叠片、辊压等各道工序成效是决定组装电池性能和安全性的重要因素。因此，在《电池及辅材分析》一章中，我们以X射线CT透视电池内部结构，探查电池不良的原因；并使用超微小压缩试验机，对电池受压缩载荷引起的状态变化进行非接触观察与测量，评估电池的机械性能。

图4 汽车动力锂电池测量图

作为新兴技术，锂离子电池生产对材料和工艺要求较高，严格的品质管理更是电池质量的保障。作为辅助的分析检测技术，也紧跟行业发展在不断进步。值此岛津《锂离子电池分析检测应用文集》推出之际，诚挚邀请各位行业人士阅览，并提出宝贵建议。我们将立足分析检测，贴合行业需求，不断钻研和发展新技术，为电池和材料的性能保驾护航。并赋诗一首，小结我们对锂离子电池中各类分析的理解。

图5 岛津X射线表面分析家族

锂电制造工序琐，浆料涂布裹铜箔；

卷绕叠片电芯成，封入外壳变形多；

碰撞穿刺乾坤动，极片裂损能引火；

杂质颗粒阻输运，失效分析唤奈何；

问君何计能莞尔，岛津仪器俱办妥；

射线透视电池内，免拆复建三维模；

衍射精修辨物相，超微压缩定载荷；

元素荧光测电极，红外色谱析隔膜；

光电效应剖价态，电子探针准无错；

机种联用角度全，材料工艺都勘破。