汽车和锂电池的微观世界，你有探索过吗？
2019-08-27
中国电源产业网
导语：电池与储能
电池与储能
一辆电动汽车至少由2万个零配件组装而成，零配件的质量直接决定了整车的性能与可靠性。而从材料角度来看，材料的微观特性决定了其宏观表现。
赛默飞世尔科技提供了综合的材料表征及过程控制方案，可以实现对锂离子动力电池的正负极、隔膜材料及电解液进行表征，对合浆和涂覆过程进行控制，还可以实现原位充放电的过程分析，探索汽车制造过程中的清洁度控制。
锂离子动力电池的正极材料，由Thermo Scientific超高分辨率场发射扫描电镜Apreo拍摄。
新能源汽车主要由电池驱动系统、电机系统、电控系统及组装等部分组成。其中差价在于电池驱动系统——电池驱动系统占据了新能源汽车成本的30-45%，而动力锂电池又占据电池驱动系统约75-85%的成本。
镍钴锰三元电池具有容量高、循环稳定性好、成本适中等重要优点，由于这类材料可以同时有效克服钴酸锂材料成本过高、锰酸锂材料稳定性不高、磷酸铁锂容量低等问题，在动力电池中已实现了成功的应用，且应用规模得到了迅速发展。
在实际应用工艺中通过对三元正极材料进行包覆，可以有效提高充放电循环次数。使用Thermo Scientific分析型多功能双束电镜 Scios 2的低电压高空间分辨率的三维能谱元素分析（3D-EDS）可以用于表征镍钴锰酸锂正极包覆层的均匀性。
低电压高空间分辨率的三维能谱元素分析（3D-EDS）表征镍钴锰酸锂正极包覆层的均匀性，在Thermo Scientific分析型多功能双束电镜 Scios 2 FIB-SEM上采集三维数据。
iDPC技术针对重原子和轻原子均可成像，是电池晶体结构表征的理想手段。与传统成像技术相比，iDPC 成像束流更低。上部显示的是 HAADF 和 iDPC 同步图像；而下部显示的是同一样品在相同晶带轴的明场像和 iDPC 像，所用电流分别为 30pA 和 10pA。
TEM中原子尺度的锂原子直接成像，由Thermo Scientific最新球差校正透射电镜Themis Z拍摄。
为了保证汽车涂漆质量，汽车车身涂装前需要进行漆前表面处理。磷化处理由于简单可靠、费用低、操作方便等优点得到了广泛应用。冷轧汽车板经过磷化处理后表面形成的磷化膜作为油漆涂层的基底，能显著提高涂层的耐腐蚀性，阻止腐蚀向冷轧汽车板表面扩散，增强漆膜的附着力。因此，磷化膜质量的优劣在车身表面涂饰工艺中具有重要地位。
两种不同磷化工艺的汽车钢板磷化膜的扫描电镜图，由Thermo Scientific最新推出的钨灯丝电镜Prisma拍摄。
无论是在汽车发动机还是车身系统，金属件居多，因此包括活塞、弹簧、螺栓、齿轮、传动轴等在内的金属断口的失效分析以及夹杂物分析最具普遍性和重要性。扫描电镜提供断口从宏观到微观的断口形貌、类型以及起源。
金属断口件的扫描电镜图，由Thermo Scientific最新推出的钨灯丝电镜Prisma拍摄；从断口的微观特征上可以判断该断口为疲劳断裂。
在车身与底盘系统中，扫描电镜提供了最佳的非金属件的微观特征与成分分析，比如车漆、玻璃、镀膜、车内外配饰、轮胎等。
轮胎截面扫描电镜图片，由Thermo Scientific最新推出的环境扫描电镜Quattro拍摄；低真空技术使得这类不导电样品无需任何喷镀处理，直接成像。图中清晰可见掺杂的ZnO颗粒；而这些颗粒是为了增加轮胎的耐磨，耐高温以及抗老化能力。
汽车照明系统是汽车安全行驶的必备系统之一，主要有两个种类：汽车照明灯和汽车信号灯。主流的汽车照明系统趋势是使用LED灯，主要特点是高亮度、低能耗和长寿命。
汽车照明LED灯截面扫描电镜图片，由Thermo Scientific最新推出的环境扫描电镜Quattro拍摄, 无需喷镀，低真空下直接进行EDS能谱分析，就能够获得更加精准的成分信息以及清晰的元素面分布。
颗粒物污染。氧化铝颗粒污染物追溯到清洁过程中使用的磨料。由Thermo Scientific最新推出的自动分析仪Explorer 4拍摄。
Explorer 4 分析仪和 CleanCHK 软件作为清洁度控制的技术，从历史上看，使用能量色散X射线光谱仪（SEM / EDX）的扫描电子显微镜一直是为部件提供清洁度数据的关键，然而培训人员操作仪器导致延迟获得结果存在问题。
利用汽车行业的客户反馈，赛默飞世尔科技开发出带有CleanCHK软件的Explorer 4分析仪，配合生产工程师监控生产车间的清洁度控制情况。
传统的方法只能提供清洁的部件上灰尘和碎片的总体重量而不能分辨颗粒的污染源。Explorer™ 4 分析仪中的CleanCHK™ 软件取代传统颗粒物清洁度检测方法允许工程师看见微米尺寸的颗粒并确定其化学成分，从而判断出污染源。
来源：龙阙 电池联盟
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