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負極材料檢測

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發布時間：2025-07-25 08:49:03 更新時間：2025-08-28 09:46:38

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作者：中科光析科學技術研究所檢測中心

負極材料檢測項目全解析：確保電池性能與安全的關鍵步驟

在鋰離子電池的制造中，負極材料的質量直接影響電池的能量密度、循環壽命和安全性。為確保材料性能符合要求，需對負極材料進行系統化的檢測。本文將重點解析負極材料的核心檢測項目及其意義，涵蓋物理、化學、電化學、結構及安全性能五大維度。

粒度分布（Particle Size Distribution）
- 檢測方法：激光粒度分析儀（如Malvern Mastersizer）。
- 意義：粒徑過大可能導致電極涂布不均，過細則增加副反應風險。D50（中位粒徑）和D90（90%累積粒徑）是關鍵指標。
比表面積（Specific Surface Area, SSA）
- 檢測方法：BET氮氣吸附法（如Micromeritics ASAP）。
- 意義：比表面積過高會加劇電解液分解，影響首次效率；過低則可能降低鋰離子擴散速率。
振實密度與壓實密度（Tap Density & Compaction Density）
- 檢測方法：振實密度儀、電極片壓實測試。
- 意義：振實密度影響極片壓實后的能量密度，石墨材料通常需＞1.0 g/cm³。
形貌與分散性
- 檢測方法：掃描電鏡（SEM）、透射電鏡（TEM）。
- 意義：觀察顆粒形貌（球形、片狀等）、是否存在團聚，影響鋰離子遷移路徑。

主成分與雜質分析
- 檢測項目：
  - 碳含量（石墨化度）：X射線衍射（XRD）測石墨層間距（d002≤0.336 nm為高石墨化）。
  - 金屬雜質（Fe、Cu、Ni等）：ICP-MS或原子吸收光譜（AAS），要求Fe＜50 ppm。
- 意義：雜質會引發析鋰、自放電，甚至熱失控。
水分與揮發分（Moisture & Volatile Content）
- 檢測方法：卡爾費休滴定法、熱重分析（TGA）。
- 標準：水分通常需＜500 ppm，硅基材料要求更嚴（＜200 ppm）。
pH值
- 檢測方法：懸浮液pH計測試。
- 意義：pH異常可能預示殘留酸堿雜質，導致電解液分解。

首次充放電效率（Initial Coulombic Efficiency, ICE）
- 測試條件：半電池（Li/負極），0.1C充放電。
- 要求：石墨ICE＞90%，硅基材料＞80%。低ICE意味著更多鋰損耗于SEI膜形成。
循環性能與容量保持率
- 測試方法：長循環測試（如500次循環后容量＞80%）。
- 關鍵參數：容量衰減速率、電壓平臺穩定性。
倍率性能（Rate Capability）
- 測試方法：不同倍率（0.2C、1C、2C）下的放電容量對比。
- 意義：反映材料高倍率下的鋰離子擴散能力。
電化學阻抗譜（EIS）
- 檢測參數：界面阻抗（SEI膜阻抗R_SEI）、電荷轉移阻抗（R_ct）。
- 意義：阻抗過高會導致極化增大，降低功率性能。

晶體結構分析
- 檢測方法：XRD（如石墨的（002）峰位置和半峰寬）。
- 意義：石墨化程度高則導電性好，但過高的結晶度可能降低嵌鋰能力。
包覆層分析（如碳包覆硅材料）
- 檢測方法：TEM觀察包覆層厚度、均勻性；拉曼光譜（ID/IG值）評估包覆碳的有序度。
- 意義：包覆層可緩解硅的體積膨脹，提升循環穩定性。

熱穩定性（Thermal Stability）
- 測試方法：差示掃描量熱（DSC）分析材料在高溫下的放熱反應；熱箱測試（150℃/1h觀察形變）。
- 意義：預防熱失控，硅基材料需重點關注與電解液的放熱反應。
機械強度
- 檢測項目：極片剝離強度（≥0.1 N/mm）、抗壓強度（模擬電池受壓形變）。
- 意義：確保電極結構在充放電和機械沖擊下保持完整。
產氣分析（Gas Evolution）
- 檢測方法：在線質譜（如DEMS）或氣相色譜（GC）。
- 意義：過量產氣（如H?、CO?）會導致電池膨脹甚至破裂。