【摘要】 本文系统解析锂电池、钠电池、燃料电池材料的全链路检测技术,涵盖正负极材料、隔膜、电解液及电池包的结构表征、理化性能测试、电化学分析及成分检测。结合电芯拆解、针刺实验、SEM/TEM形貌观察、GC/MS产气分析等典型案例,提供从原料纯度控制到失效机理研究的完整解决方案,助力电池研发与品质提升。

电池材料测试介绍

 

一、为什么要对电池材料进行检测?—— 从安全到效能的多重保障

电池材料检测是电池产业发展的重要基石。从安全角度看,它能提前发现材料中可能存在的隐患,比如正极材料的杂质超标可能引发短路,通过检测可有效规避这类风险;在性能方面,检测能确保电池的容量、循环寿命、充放电效率等关键指标达标,保障电池在使用过程中稳定发挥作用。

电池产业链涵盖上游、中游、下游多个环节,各环节紧密关联且需求多样。

上游聚焦原料与材料的研发生产,对原料纯度、杂质把控等有严格要求,像锂电原料的正负极、溶剂、添加剂,锂电材料的正负极、电解液等,都需通过深度分析、元素测试等手段保障品质;

中游围绕电池及模组、PACK 开展,从电池研发、工业诊断到产品评价、认证,全电池拆解分析、热性能测试等是关键;

下游则面向动力、电子消费、储能等终端应用领域,同样需在研发、品控等方面,借助全电池拆解、成分分析等满足需求。而我们的产品与服务,能针对产业链各环节不同的分析、测试、检测需求,提供专业支持,助力锂电产业高质量发展。

锂电池行业需求

 

二、电池材料需要做哪些检测?—— 分体系梳理(含案例)

电池检测服务能力全景图

电池材料检测涉及非常广泛,涵盖了锂电池、钠电池、燃料电池、固态电池、锂硫电池、液流电池等在正负极材料、隔膜、固 / 液电解质、辅材、电池包等方面的检测。如

锂电池

(包括三元正极、镍钴锰酸锂(NCM)、镍钴铝酸锂(NCA)、钴酸锂、磷酸铁锂、锰酸锂、陶瓷涂覆隔膜等)、

钠电池

(包含层状氧化物、聚阴离子化合物、普鲁士蓝类化合物、硬碳、软碳、PP/PE 隔膜、电解液添加剂等)、

燃料电池

(涉及质子交换膜、电催化剂、膜电极、双极板、气体扩散层等)。

 

三、最全检测项目类别

1.重点项目

支持高端材料表征、定性 / 定量分析、分析方法开发、定制化项目、电池拆解和制作以及电池失效分析等测试服务。通过这些手段,能深入了解电池材料的特性和电池的工作状态。

电芯拆解案例展示

电芯拆解-科学指南针

 

电芯拆解

 

电芯拆解

 

电芯拆解服务中,运用手套箱、电压内阻测试仪等仪器,遵循“电池放电→测试基本参数→干燥房或手套箱内拆解,按需测量、取样、记录检测”的规范步骤,精准完成电芯拆解,还详细测定并计算电池尺寸、极片尺寸、各部件重量、面密度、厚度等关键数据,涵盖外观与部分电性能检测,为企业开展电池相关研究等提供了有力支撑。

 

针刺实验案例展示

针刺实验服务

 

针刺实验服务

 

针刺测试环节,借助温控针刺试验机,为企业评估电池安全性、研究热失控特性等,帮某企业验证了电池包防护设计的有效性,还助力其探究电池失效机理。

 

2.结构表征

可对电池材料的表面微观形貌和元素、截面微观形貌和元素、晶界裂纹、包覆层、SEI 膜 / CEI 膜、层间距和石墨化度、孔隙率等进行分析。

表面微观形貌观察案例展示

SEM-正极颗粒表面微观形貌观察

 

SEM-负极颗粒表面微观形貌观察

 

CEI/SEI膜厚度分析案例展示

TEM-CEI膜厚度分析

 

TEM-SEI膜厚度分析

借助透射电子显微镜(TEM),可精准分析循环后正负极极片的CEI膜、SEI膜厚度及均匀性,深入研究电池界面膜特性、优化电池循环性能提供关键支撑。

 

3.理化性能检测

涉及隔膜闭孔温度和破膜温度、颗粒压缩性能、颗粒球形度、粒径分布、孔径分布、密度测试、隔膜热稳定性、隔膜力学强度等方面。

隔膜闭孔温度和破膜温度的测试案例展示

隔膜闭孔温度和破膜温度

隔膜闭孔温度(升温时隔膜孔道闭合,防电池短路爆炸)、破膜温度(超闭孔温度后隔膜因高温熔融黏流、力学性能下降破裂),是锂离子电池安全性关键指标。以升温电阻法、TMA法、DSC法等,为企业精准测定相关关键数据,助力其锂离子电池隔膜研发与品质把控。

 

4.电化学测试

包含电芯性能测试、扣电性能测试、锂离子迁移数、电芯内阻测试、电芯比热容测试、热失控分析、产气成分分析等。

GC/GCMS-热失控鼓包气分析案例展示

 

GC/GCMS-热失控鼓包气分析

GC/GCMS-热失控鼓包气分析

气相色谱(GC)和气相色谱 - 质谱联用(GCMS)技术能对新能源领域的鼓包气、热失控气体、爆炸气进行分析。

先采集电池内气体,经特定制样(取5ml气体注入250℃进样口)和测试条件(氦气作载气,分阶段升温),明确其含永久气体、短链碳氢化合物等三类成分,以及氢气(76.38mol/mol)、乙烷(8.33mol/mol)、甲烷(13.50mol/mol)等各成分含量,为企业电池研究与安全把控提供支持。

 

5.成分分析

支持磁性异物分析、杂质元素分析、指定组分定量分析、电解液成分分析、极片成分分析、包覆层成分分析、Pt 担载量 / Pt 含量分析、掺杂均匀性分析等。

电解液成分分析案例展示

电解液成分分析

溶剂、添加剂(法一:GC-MS & GC-FID 双柱进样系统)定性定量方法

电解液成分分析

 

溶剂、添加剂(法二:核磁共振氢谱内标法)定性定量

电解液成分分析

溶剂、添加剂(核磁共振氢谱内标法)定性定量

电解液成分分析

 

锂盐定性定量(核磁共振氟谱内标法)

电解液成分分析

电解液作为锂电池关键组成部分,其成分(溶剂、添加剂、锂盐)分析对电池性能至关重要。

测试服务过程中,先对电解液进行前处理,再运用XRF、NMR、GCMS、GC - FID等多种仪器,结合百万数据库与专业团队,精准完成全成分定性半定量分析。

在溶剂和添加剂分析上,采用GC - MS&GC - FID双柱进样系统法及核磁共振氢谱内标法(以二甲砜、三甲氧基苯为内标);锂盐分析则用核磁共振氟谱内标法(以TFA为内标),能清晰呈现各成分及含量,为企业电解液研发、品质把控等提供了可靠的数据与技术支撑。

 

6.高端仪器类测试

运用 XRD、SEM、TEM、TOF - SIMS、FIB - SEM、CP 制样、纳米 CT、EPMA、原位 XRD、原位拉曼、原位 CT、绝热加速量热仪(ARC)等高端仪器,为各项检测提供精准的技术支持。

正负极颗粒CP制样效果案例展示

正负极颗粒CP制样效果

 

CT-电芯检测案例展示

CT-电芯检测

 

EPMA测试元素分布的均匀性案例展示

EPMA测试元素分布的均匀性

 

ARC-电芯热失控分析案例展示

ARC-电芯热失控分析

 

电池材料检测找科学指南针

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