20期-高階X射線螢光分析儀SEA-Hybrid在鋰電池(LiB)電極材料品管上的應用

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  • 時間:2013/3/8 下午 05:19:00
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鋰電池被廣泛地應用在3C產品上,然而,隨著全球暖化日益嚴重,迫使人類尋求節能、環保的替代能源,因此,發展高功率鋰電池以應用於動力電池以及再生能源儲電系統,是目前環保及節能領域最重要的一環。
 
高效能鋰電池的應用市場涵蓋純電動車(BEV)、油電混合車(HEV)、電動手工具、電動摩托車、電動自行車、航太設備等作為動力來源;同時,亦延伸應用於中大型不斷電系統(UPS)、太陽能電池(Solar Cell)、燃料電池(Fuel Cell) 、再生能源儲電系統、大型儲能電池、燃油汽車之啟動電池等,也因為如此,對於鋰電池安全性要求也愈加嚴謹。
 
 
生產高功率鋰離子電池的製程複雜且技術層次較高,整個製造流程,包含混漿、塗佈、碾壓、分條、乾燥、組裝、灌液、封罐、清洗及檢驗等,其中影響電池價格、安全與性能最關鍵的就屬電極材料,包括電池正極材料,以及矽碳負極材料,許多的鋰電池危安事件發生原因可歸究到製造流程的品質管理失當, 例如,之前某知名品牌因為鋰電池發生爆裂事件導致產品全面回收事件,就是因為產線上的生產治具磨損,所產生的金屬碎屑混入電池中,刺穿過薄的隔離膜造成內 部短路,而使得產品在使用過程中引發內部短路,而造成過熱、起火或爆炸。
 
在鋰電池的製程中,即使小至20 um大小的鐵屑,就有極大機率刺穿過薄的隔離膜造成內短路導致電池失效,更可能引起電池的熱失控效應,並導致電池起火、或爆裂等危險事故(如圖一),因此,有效防止異物汙染以及快速檢測異物,是非常重要的課題,尤其是針對電極材料,如何在投產前能透過快速分析工具,有效控制電極材料的漿料品質,降低異物汙染是極為重要的工作。
 
 
圖一、鋰電池失效原因
 
針對電極材料的品質控管,傳統的作法是透過感應耦合電漿光譜儀(ICP)來分析材料是否有異物汙染;但這樣分析除了分析時間長之外,分析的盲點是樣品取樣少,代表性不夠,再者,並沒有辦法得知汙染物的大小以及數量。另一個傳統作法是透過穿透式電子顯微鏡(SEM-EDS),雖然可以直接觀察材料中的異物大小及數量分佈,但是,這同樣存在著只能測試到材料表層的盲點,當汙染異物在底層時,則無法有效分析而導致失真。
 
為了有效解決分析上的盲點,目前日本許多鋰電池生產大廠、汽車大廠、燃料電池生產廠商以及電極材料廠商,已經改用同時結合X光穿透功能、高速影像掃描以及元素分析功能的高階X射線螢光分析儀(XRF)作為異物分析的有利工具(如圖二),日本日立高新科學所生產製造的X射線螢光分析儀SEA-Hybrid(如圖三),即是針對這樣的功能特性所研發設計的最先進檢測設備,目前已經開始被上述相關的高效能鋰電池大廠、汽車大廠、燃料電池生產廠商以及電極材料廠商採用,實際應用於電極材料品質的控管上,成效斐然。
 
 
 
圖二、鋰電池極板掃描
 
 
 
 
圖三、SEA-Hybrid
 
敝司長期代理日本日立高新科技所生產的各式XRF,期望能藉由新技術與儀器的引進,提升台灣產業對於鋰電池品質的控管能力,更進而獲得期他世界大廠對於台灣產業的認可。
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