而追根溯源,创造具有差异化的电池,不仅需要基础研发人员对材料的极致探索和大胆想象,还需要能够精准剖析微观机制的工具。
电芯形状方面,方形电池,尤其是LFP短刀兼顾性能、集成与制造,成为主流企业的优选方案之一;大圆柱电池也是热门方向,特斯拉和宝马均已提出具体的实施规划。
快充技术方面,多家主机厂联合电池企业推出2C~4C快充方案。这就需要电池企业从电池材料(尤其是负极材料的选择和微观结构的设计)、电极设计等出发,降低内阻、加强散热,提高电池的倍率性能。
在研发环节,工程师利用光学显微镜、X 射线显微镜、3D 检测来观察电极材料,检测电极缺陷并分析电池失效原理。还可观察材料的粒径尺寸、各种成分的配比及分布情况等,加深研发人员的认识和理解。这些都可以在提高研发效率的同时更好的改善电池性能,进而为材料、工艺的改进提供依据。
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电子显微镜于1931年问世,使用电子束放大物体,最大可放大高达300万倍,达到纳米级分辨率。由于电子显微镜具备更高的分辨率,在电池研发中,搭配不同的探头,可以得到多维度的信息(成分、表征信息,粒度尺寸,配料占比等),实现对正负极材料、导电剂、粘结剂及隔膜等更微观结构的检测(观察材料的形貌、分布状态、粒径大小、存在的缺陷等)。
其中,X射线显微镜技术如蔡司的Xradia Versa系列,可以实现电池内部的高分辨率3D无损成像,分辨电极颗粒与孔隙、隔膜与空气等,可以大大简化流程,节省时间。
当需要进一步高分辨率分析时,新一代聚焦离子束(FIB)技术成为首选。FIB结合SEM,允许样品在纳米级别进行精细加工和观察。蔡司和赛默飞均已推出相关显微镜产品。
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材料测试通常伴随制样过程,由于 FIB-SEM 需要对同一个样品进行多次制样测试来构建 3D 图像,采用常规制样方法需要消耗很长时间。为解决这个问题,蔡司提出了一组非常巧妙的联合方案。更多精彩内容,请查阅《纤毫毕现,追根溯源 – 探索电池高效生产 打造高品质电池的奥秘》白皮书。
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