隨著新能源車市場占有率不斷增加，新能源汽車安全問題逐漸突出，如近期頻發(fā)的新能源車自燃事件，給人們的財產(chǎn)和人身安全造成了巨大的威脅。鋰電池安全性研究逐漸成為關(guān)注焦點。
鋰枝晶
鋰枝晶生長是影響鋰離子電池安全性和穩(wěn)定性的根本問題之一。
鋰枝晶的生長會導(dǎo)致鋰離子電池在循環(huán)過程中電極和電解液界面的不穩(wěn)定，破壞生成的固體電解質(zhì)界面（SEI）膜，鋰枝晶在生長過程中會不斷消耗電解液并導(dǎo)致金屬鋰的不可逆沉積，形成死鋰造成低庫倫效率；鋰枝晶的形成甚至還會刺穿隔膜導(dǎo)致鋰離子電池內(nèi)部短接，造成電池的熱失控引發(fā)燃燒爆炸。
關(guān)于鋰枝晶的生長機(jī)理在學(xué)術(shù)界還存在爭論。由于鋰離子電池怕水怕氧，常用的表征 SEI 的技術(shù)手段非常有限。利用各種電鏡技術(shù)在納米尺度理解鋰枝晶生長的演化過程對解決這一問題至關(guān)重要。
圖1 鋰枝晶生長穿刺隔膜，并且有“Dead Li”產(chǎn)生，終造成正負(fù)極短路
圖2 Li -富集層
圖3 鋰枝晶掃描電鏡圖像
如何使用掃描電鏡拍攝鋰枝晶？
Li 是極為活潑的金屬，易與空氣中的氧、水等發(fā)生反應(yīng)。因此在制備、觀察鋰電池樣品時，避免樣品與空氣接觸，發(fā)生氧化等反應(yīng)破壞樣品表面形貌。
種方法：是將手套箱中制備好的樣品放入真空轉(zhuǎn)移杯中，轉(zhuǎn)移到手套箱外部的掃描電鏡中觀察。此方法操作復(fù)雜，并且存在一定的風(fēng)險，實驗周期較長。
第二種方法：飛納掃描電鏡手套箱版 - 直接將 Phenom 電鏡放入實驗的手套箱（如圖4所示）。在手套箱中制備好樣品后，直接放入電鏡中觀察。
圖4 飛納電鏡手套箱版
此方法操作簡單，可以實時觀察樣品，大幅縮短實驗周期，同時避免了樣品與空氣接觸的風(fēng)險，保證了樣品真實的形貌。
Phenom 電鏡為何可以放入手套箱？
手套箱工作時，制冷系統(tǒng)、真空系統(tǒng)和再生系統(tǒng)等均會產(chǎn)生震動，傳統(tǒng)掃描電鏡需要在無震動環(huán)境中工作，且大多數(shù)需要配備減震臺。同時受手套箱體積限制，尺寸較大的電鏡無法放入手套箱中。
飛納電鏡獨特的設(shè)計滿足手套箱中使用：
1、內(nèi)置 27 組減震單元以及耦合式光路結(jié)構(gòu)設(shè)計雙重防震設(shè)計保證了電鏡在手套箱震動環(huán)境中工作；
2、長壽命 CeB6 單晶燈絲。無需頻繁開關(guān)手套箱更換燈絲。（手套箱開關(guān)需要氣體再生等過程，周期長）；
3、體積小，電鏡主機(jī)可放置于標(biāo)準(zhǔn)手套箱
4、獨特的樣品杯設(shè)計，樣品臺取放、調(diào)節(jié)簡易（避免了手套箱內(nèi)無法靈活操作）。
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鋰電池作為一種新興能源儲備介質(zhì)，其憑借綠色無污染以及可以循環(huán)使用等性能正受到人們的高度關(guān)注。鋰離子電池的制備工藝十分嚴(yán)格，一般的生產(chǎn)廠家均采用以下步驟：合漿、涂膜、烘干、輥壓、分切、組裝等。在鋰離子電池制作過程中，zui初的電池漿料的質(zhì)量將影響后序所制備電池的質(zhì)量及其產(chǎn)品的性能。
鋰離子電池漿料是由活性物質(zhì)（正負(fù)極材料）、導(dǎo)電膠液（黏結(jié)劑、導(dǎo)電劑）等，通過攪拌的方式均勻分散制備而成的。為了追求更優(yōu)異的電化學(xué)性能，電池行業(yè)對電極漿料的粒徑要求更高，而導(dǎo)電膠液的粒徑尤為關(guān)鍵。導(dǎo)電膠液的首要作用是提高電子電導(dǎo)率。導(dǎo)電膠液在活性物質(zhì)之間、活性物質(zhì)與集流體之間起到收集微電流的作用以減小電極的接觸電阻，提高鋰電池中電子的遷移速率，降低電池極化。導(dǎo)電膠液的粒徑、形態(tài)和微觀結(jié)構(gòu)是影響導(dǎo)電性能的重要因素。
目前傳統(tǒng)的導(dǎo)電膠液的制備都是在雙行星攪拌機(jī)中完成的。盡管目前在電池生產(chǎn)技術(shù)上已日趨成熟，但得到的產(chǎn)品常會出現(xiàn)混合分散不均勻、導(dǎo)電粉體顆粒與黏結(jié)劑接觸不均勻、易分層和發(fā)生硬性沉淀等一系列問題。
案例：微射流高壓納米均質(zhì)機(jī)分散導(dǎo)電膠液
1. 案例描述：國內(nèi)知名的鋰電池公司的導(dǎo)電膠液樣品，在采用行星式攪拌分散后，粒徑D90數(shù)值為6mm，達(dá)不到所需的zui佳粒徑分布要求。所以尋求全新的研磨分散方式。
2. 應(yīng)用解決方案：微射流高壓納米均質(zhì)機(jī)
由于該設(shè)備的高壓噴射原理能夠在短時間內(nèi)產(chǎn)生巨大的剪切力，碰撞力，氣穴力，從而將大量能量集中作用于物料，使物料的成分以完全的均質(zhì)的狀態(tài)存在，能夠大幅提升效率。
3. 導(dǎo)電膠液（碳納米管+SP+PVDF）均質(zhì)實驗過程：
將導(dǎo)電膠液攪拌0.5小時，隨后放入高壓納米均質(zhì)機(jī)處理5次，見下圖所示。
4. 實驗結(jié)果：
| 粒度 | 均質(zhì)分散前（紅色） | 均質(zhì)分散5次后（藍(lán)色） |
| D10 (mm) | 0.079 | 0.034 |
| D50 (mm) | 1.189 | 0.063 |
| D90 (mm) | 6.097 | 1.504 |
用激光粒度儀測量均質(zhì)前后導(dǎo)電膠液的粒徑分布情況。從上圖看出，經(jīng)過5個循環(huán)分散后，導(dǎo)電膠液的粒度有明顯的下降。其中，D90數(shù)值從6.097mm下降到了1.504mm。說明內(nèi)部的團(tuán)聚被大幅打開。
使用Fungilab V-Pad L型粘度計進(jìn)行粘度測試，測試條件：L3轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)速12r/min。測試結(jié)果：均質(zhì)前，導(dǎo)電膠液的粘度為1200cp。均質(zhì)機(jī)處理5次后，粘度降至828cp。
將均質(zhì)處理后的導(dǎo)電膠液和鈷酸鋰混合攪拌成漿料。經(jīng)測試，漿料的粘度有所降低，更能滿足涂布所需的粒度要求，有利于提升主材的固含量。穩(wěn)定性也比之前更好一些，大大降低成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量。
結(jié)論：
通過上述實驗可以證明采用微射流高壓納米均質(zhì)機(jī)能有效解決客戶關(guān)于導(dǎo)電膠液分散的需求。此外，由于實驗室型與生產(chǎn)型設(shè)備都采用相同的分散單元，并能使用相同的參數(shù)。所以無須擔(dān)心放大生產(chǎn)后，分散品質(zhì)的繼承性問題，這對于產(chǎn)品的擴(kuò)大化生產(chǎn)有重要的意義。
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