随着充电锂离子电池需求量快速增长，生产商逐步面临电池生产质量控制与新产品研发的挑战。
梅特勒托利多拥有广泛的分析表征解决方案，用于供生产使用的实验室与自动化精密电子秤，可支持锂离子电池生产的质量保证（QA）开发与质量控制（QC）程序。
我们创新的实验室与工业解决方案可对锂离子电池价值链中的多个环节提供支持——从原材料与电池组件测试，到生产与最终质量控制。
随着便携式电子设备市场的日益扩大，以及电动车革新速度的加快，对于充电电池的需求量十分巨大。锂离子电池（LIB）是这项技术中最先进的产品。这种电池由于重量轻而能量高，因此具有很高的能量密度，可充放电同时损耗较小，并且自放电率低，因此具有良好的耐久性。
锂离子电池示意图可展现锂离子电池的工作原理。锂离子电池对阳极与阴极材料之间的电化学反应所释放的能量进行存储。阴极与阳极均含有带正电荷的锂离子。
在放电期间，阳极发生的氧化反应会释放出电子与锂阳离子。电子通过外部电线流动至阴极。为了闭合电路，锂阳离子会流经液体电解液和隔膜到达阴极，并在阴极通过还原反应重新结合。
充电期间，在电极处进行逆反应，并且锂离子按相反方向流动。锂离子不参与电化学反应，并且保持其氧化态。
商用锂离子电池中常用的电解液由有机溶剂（主要为环状与线性碳酸酯）、锂盐与不同添加剂组成。电解液与其他锂离子电池材料中不得含水，因为即使是微量水分也会与电解液发生反应，从而产生具有腐蚀性的副产物，例如：会降低电池性能与安全性的氢氟酸。由于水分会产生上述不利的影响，因此需要对电解液中的水分含量进行常规测试。
库仑法卡尔费休滴定法是精准测定电解液中水分含量的首选方法。在电解液中不仅可测定水分，还可测定有害的降解产物本身——氢氟酸（HF）。酸碱滴定法已经证明是测试电池电解液中氢氟酸含量的一种准确且可靠的方法。
液体密度取决于其分子成分。使用梅特勒托利多密度计可快速检查密度，有助于发现电解液是否被水或其他杂质污染。
差示扫描量热法（DSC）在质量控制过程中用于研究电解液中碳酸盐的成分与含量，对锂离子电池的循环稳定性、能量密度和安全性研究有重要指导意义。DSC还提供有关电解液熔融和结晶的信息，以确定充电/放电过程的最低温度。
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电极的性能与安全性很大程度上受到充电/放电造成的老化以及阴极活性材料降解的影响。
热分析技术为锂离子电池的热稳定性研究提供了精确的热容、分解温度和焓值的测量方法。为了从一次实验中获得关于降解组分的更多信息，可将梅特勒托利多TGA或者TGA/DSC与适合的气体分析系统联用，从而执行傅里叶变换红外光谱法、质谱法、气相色谱法-质谱法或者微量气相色谱法-质谱法等。
与电解液测试方法相似，阴极与阳极测试包括在使用电池中的组分之前分析水分含量。梅特勒托利多的InMotion KF加热炉自动进样器将固体材料加热至高温，萃取其中水分，然后将水分引入库仑法卡尔费休水分仪，然后再对水分进行检测。此外，可利用滴定测定阴极材料的金属成分（例如：钴、锰、铁、镍），以及测试材料中是否存在氯化物、氢氧化物和碳酸酯等杂质。
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锂离子电池隔膜对于电池的性能、使用寿命以及可靠性和安全性产生重要影响。例如：隔膜材料降解通常是造成电池发生故障的内部短路的根本原因。因此，采用可靠的方法对隔膜进行测试与分析非常重要。
热分析用于表征隔膜（通常由PP或PE等聚烯烃制成）的热学性质。这种膜的技术限制包括抗渗透性、收缩性和熔化性。可通过热重分析法（TGA）、差示扫描量热法（DSC）与热机械分析（TMA）等方法研究这些特性。
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指南:
从原料到高品质产品，锂离子电池生产过程包括高达25个步骤，是确保所需质量与性能的基础。包括水份含量测定等称量过程对于确保整条生产链的一致性与可追溯性至关重要。
昂贵的原料在电池总生产成本中的占比高达60%。称重方法最为准确，可满足过程允差的高要求，确保配方一致性，并避免高昂的浪费。
堆叠电极后，可通过称重实现灌装电解液的精度要求。即使可控制电解液流量，高精度称重设备的准确度仍可确保产品百分之百合格。
意外掉入电池模块中的缺失或隐藏的部件，可能会导致着火并损坏电池模块。此问题可通过使用高精度秤进行完整性检查来避免，甚至可解决与光滑表面相关的检测问题。
电极浆料的固体含量会影响涂层质量，进而影响电极性能，因此在电极生产过程中必须严格控制固体和水份含量。卤素水份测定仪可快速轻松地达到此目的。
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电池性能很多程度上取决于正极活性材料（CAM）的纯度和前驱体材料（PCAM）的粒径。
在沉淀/结晶过程中，连续实时分析pH值对PCAM颗粒形态和分布非常重要。过程变化会明显改变颗粒形态特征，因此我们需要进行严格的过程控制。在线精准测量pH是保证过程一致性的先决条件。
PCAM（金属氢氧化物）沉淀时会在过程电极上结垢，然后引发测量漂移。
梅特勒托利多InPro 4260i智能pH电极专为具备高浓度悬浮固体的PCAM生产过程量身打造。配合使用EasyClean 200自动清洗系统，梅特勒托利多可提供及时维护的解决方案，能更可靠地控制PCAM过程pH值。
反应釜内需要严格控制氧气含量，以防PCAM氧化。InPro 6850i是梅特勒托利多生产的一款小巧型在线实时氧气测量电极，可精准测量反应釜顶部空间的氧含量并快速控制惰性气体。
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网上技术交流讲座:
指南：锂离子电池生命周期
确保电池价值链的性能和安全性：优化流程并利用高精度检测来确保电池性能和安全性。
仪器
常见问题解答
什么是锂离子电池测试及其工作原理是什么？
- 锂离子电池的优点有哪些？
- 锂离子电池的使用寿命为多长？
- 锂离子电池的安全工作温度为多少？
- 锂离子电池内的水分会产生怎样的影响？
- 需要对哪些电池组件进行水分检测？
- 在将电解液注入电池之前，是否应当检测其存在水分与氢氟酸？
- 检测电解液是否存在水分的首选方法是什么？
- 采用哪种方法来检测固体阴极、阳极与隔膜是否存在水分？
- 是否应当检验电解液的密度？
- 热分析对于研究锂离子电池的安全性产生怎样的作用？
- 如何通过同步热分析研究石墨烯阳极材料的合成？
- 为什么隔膜关闭很重要？如何进行检测？
- 腐蚀性材料是否会对配方浆状批次采用的测量设备造成伤害？
- 如何校准机器与生产系统内的工业电子秤？
- 基于重量的电解液灌装的优点是什么？
- 测量电解液灌装过程的准确性如何？
- 是否可以使用工业电子秤检测到电池模块内隐藏的部件？
- 在PCAM生产过程中为何精准控制过程pH值非常重要？
- 如何避免结晶设备中的PCAM降解？
- 在PCAM煅烧过程中，如何确保氧气浓度达到所需水平？
4. 锂离子电池内的水分会产生怎样的影响？
锂离子电池内的水分与电解液发生反应，会产生诸如氢氟酸（HF）之类的有害产物。这些化学品会造成电极降解、干扰总体功能并且最终降低容量。另外，水分还会导致热失控，造成电池爆炸。
6. 在将电解液注入电池之前，是否应当检测其存在水分与氢氟酸？
众所周知，氢氟酸（HF）会对电池的性能产生不利影响。电解液与水发生反应会形成此物质。这种反应有可能在电池内部发生，也有可能在电解液生产过程中发生。因此，在将电解液注入电池壳体之前，不仅需要检测电解液内是否出现水分，还应检测是否出现氢氟酸。
7. 检测电解液是否存在水分的首选方法是什么？
库仑法卡尔费休（KF）滴定法是测定电解液等样品中水分含量是否低的首选方法。这种分析法快速、可靠，并且无需任何样品制备。将电解液样品注入滴定容器内，然后在——2分钟后获得结果。
8. 采用哪种方法来检测固体阴极、阳极与隔膜是否存在水分？
不会将固体样品直接注入到卡尔费休滴定容器内。因此，首先需要使用气相萃取炉萃取水分。InMotion KF加热炉将固体样品自动加热至高温，然后干燥氮气流将蒸发水分送入库仑法滴定杯内，并在其中对其检测。此分析完全自动进行。将电极放入瓶内，然后使用OneClick™开始此方法。
13. 腐蚀性材料是否会对配方浆状批次采用的测量设备造成伤害？
称重模块与称重传感器通常安装在料罐或混合器的外部，因此测量设备不会直接接触高温、低温、腐蚀性或易爆材料。此外，这些传感器的准确度与形状、表面、介电性、雷诺数、粘度或物料的其他材料特性无关。
14. 如何校准机器与生产系统内的工业电子秤？
集成于机器与生产系统的称重传感器与称重模块是必须安全准确运行的重要组件。梅特勒托利多为每种量程的料罐称重提供量身定制的秤校准服务，帮助确保一致的结果和可靠的性能。这些服务包括校验砝码校准、校验砝码与材料替代校准、RapidCal™液压校准以及采用POWERCELL®的CalFreePlus无砝码校准。
15. 基于重量的电解液灌装的优点是什么？
在称重设备顶部直接灌装电解液可实现传感器与灌装设备之间的闭环操作。这意味着您可以在整个生产期间始终调节灌装设备，从而消除不确定性因素以及确保电池质量始终一致。
16. 测量电解液灌装过程的准确性如何？
在选择用于电解液灌装的称重技术时，可读性、重复性与灵敏度等重要参数一定是首先应考虑的因素。最重要的是，避免将分辨率作为唯一选择标准，因为仅凭这一项并不能保证获得稳定的结果或高质量。
17. 是否可以使用工业电子秤检测到电池模块内隐藏的部件？
可在电池模块装配结束时，进行所谓的皮重与重量交叉检查。通过这一程序，您能够检验是否所有产品在位，以及在装配期间无任何物件落入模块中。此外，光亮的铝表面不会对称重产生影响。
19. 如何避免结晶设备中的PCAM降解？
在PCAM合成过程中，反应器中氧气的存在很容易导致形成不需要的NCM氧化物;因此，在反应器顶部空间保持惰性气氛很重要。连续的原位氧气测量可立即通知空气进入或氮气覆盖不足。