我们如何使锂离子电池安全？

在最近的博客文章中，我们解释了锂离子电池可能出现的问题。那么，我们如何确定哪些潜在问题困扰特定电池并利用这些知识使电池更安全可靠？秘密是表征。存在许多工具用于在设计和选择期间评估电池或分析故障电池以理解它们失效的原因。

选择合适的表征技术取决于所需的信息，准确度以及鉴定和测试的预算。最精确的技术倾向于使用最昂贵的仪器并花费最多的时间，但有时需要了解故障机制并改进电池设计。

表征技术属于两个主要类别之一：成像或化学成分分析。成像可以原位进行 - 检查而不损坏电池 - 或者破坏性地，通常在故障分析期间进行。在拆卸之前对电池进行放电对于分析化学成分是必要的。

电池ImagiNG

光学，X射线或电子显微镜技术可用于对各种电池层成像。光学显微镜可能足以观察电池层上的裂缝和热点以及电池外壳上可能发生的外部损坏。扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）用于测量各种层厚度并观察微观结构的变化，例如微观孔（空隙）或缺陷。

SEM和TEM本质上是破坏性技术，但离子研磨可以保持样品的完整性，以便在测试之前准确地表示电池材料的原始状态。

在进一步分析之前拆卸电池时，X射线成像可能会有所帮助，使技术人员能够准确查看切割位置。这样可以最大限度地降低在错误位置切割的风险，并减少故障电池中不存在的电气短路。

化学分析

随着电池老化，电池内的化学物质在每个充电周期中耗尽，导致容量随时间减少。固体电解质中间相（SEI）层积聚在电极上，限制了进一步的离子传输。一些化学分析技术可帮助工程师了解电池寿命期间发生的化学变化，以区分正常老化和表明设计或制造缺陷不正确的情况。

X射线光电子能谱（XPS）是用于分析各种电池层的结构和组成的有价值的工具，以显示锂和其他元素在阴极，阳极和隔板内的迁移。 XPS提供详细的定量信息，可以帮助进行失效分析，或者可以帮助了解材料或设计的变化如何影响SEI形成的速度和程度。

辉光放电质谱（GDMS）可用于检测痕量元素。在电池应用中，该技术可用于识别可能对电池性能产生不利影响的杂质和污染物。

电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-OES）通过加热和电离样品中的物质来检测痕量金属的存在。该技术可以测量阴极中锂和其他金属的含量，测量与电池性能下降相关的微小变化。

用于电池应用的气相色谱 - 质谱（GCMS）需要从钻入电池单元的孔中虹吸气体以分析在电解质分解期间释放的气体。这种技术在电池膨胀或经历热失控的情况下特别有用。

上述技术仅是评估锂离子电池的可能方法的几个例子。有关锂离子电池以及正确表征如何提高安全性和性能的更多信息，请下载我们的免费白皮书。