電芯的與眾不同，從纖毫畢現(xiàn)開始
研發(fā)人靠它們來精雕細琢，電池變“性感”了
新型電池的誕生，全靠高智能、高精度的腦子和機子
多種檢測維度，讓電池基礎研發(fā)走得更遠、更深
不少電池企業(yè)都為新品起了性感的名字，如“4680”、“頂流、””M3P”、“短刀、“凝聚態(tài)”，意在打造讓”從主機廠到C端用戶均耳熟能詳?shù)挠洃淈c。
而追根溯源，創(chuàng)造具有差異化的電池，不僅需要基礎研發(fā)人員對材料的極致探索和大膽想象，還需要能夠精準剖析微觀機制的工具
一、優(yōu)秀的電池，離不開更高效的工具
電池企業(yè)都想在“性能、“安全性”、“成本”等關鍵因素上表現(xiàn)優(yōu)異，這就需要超過同行的質量控制”手段。首先就要在研發(fā)環(huán)節(jié)，充分了解和控制電池相關材料的特性，選擇良好的材料。
材料從根本上決定著電池性能。通過改進材料提高電池性能、優(yōu)化電池老化機制、應用新型材料、改變電芯結構是電芯研發(fā)的主要方向。而且，往往多策并舉，促成電池的升級和創(chuàng)新。
材料體系方面，采用高鎳正極、硅基負極、鋰金屬負極等新型材料體系，提高單體能量密度；或者研制出磷酸錳鐵鋰，探索鈉離子電池的商業(yè)化應用，降低成本；或者加快固態(tài)電池的研發(fā)進程，使電池性能更高，更耐久。
電芯形狀方面，方形電池，尤其是LFP短刀兼顧性能、集成與制造，成為主流企業(yè)的優(yōu)選方案之一；大圓柱電池也是熱門方向，特斯拉和寶馬均已提出具體的實施規(guī)劃?？斐浼夹g方面，多家主機廠聯(lián)合電池企業(yè)推出2C~4C快充方案。這就需要電池企業(yè)從電池材料（尤其是負極材料的選擇和微觀結構的設計）、電極設計等出發(fā)，降低內(nèi)阻、加強散熱，提高電池的倍率性能。
動力電池的技術趨勢來源：《纖毫畢現(xiàn)，追根溯源–探索電池高效生產(chǎn)打造高品質電池的奧秘》白皮書
正所謂“工欲善其事，必先利其器，更優(yōu)秀的動力電池產(chǎn)品離不開更高效有力的檢測工具。
”材料的微觀結構表征是電芯研發(fā)的關鍵，目前多種材料表征方法被推出并得到廣泛應用。
在研發(fā)環(huán)節(jié)，工程師利用光學顯微鏡、X射線顯微鏡、3D檢測來觀察電極材料，檢測電極缺陷并分析電池失效原理。還可觀察材料的粒徑尺寸、各種成分的配比及分布情況等，加深研發(fā)人員的認識和理解。這些都可以在提高研發(fā)效率的同時更好的改善電池性能，進而為材料、工藝的改進提供依據(jù)。
二、電池材料的二維顯微成像和表征
光學顯微鏡，起源于17世紀，借助可見光的波長放大物體，實現(xiàn)了微米級分辨率，廣泛用于生命科學、材料科學等。在電池領域，它能觀察電極結構、檢測電極缺陷和鋰枝晶的生長，為電池研發(fā)提供寶貴數(shù)據(jù)。但受限于可見光的波長，其觀測范圍有限，而電子顯微鏡則很好的解決了這個問題。
電子顯微鏡于1931年問世，使用電子束放大物體，最大可放大高達300萬倍，達到納米級分辨率。由于電子顯微鏡具備更高的分辨率，在電池研發(fā)中，搭配不同的探頭，可以得到多維度的信息（成分、表征信息，粒度尺寸，配料占比等），實現(xiàn)對正負極材料、導電劑、粘結劑及隔膜等更微觀結構的檢測（觀察材料的形貌、分布狀態(tài)、粒徑大小、存在的缺陷等）。
電池正負極材料、導電劑、粘結劑、隔膜SEM圖來源：蔡司（使用蔡司電子顯微鏡測試）
由于具備高分辨率，掃描電子顯微鏡(SEM)能清楚地反映和記錄材料的表面形貌特征，因此成為表征材料形貌最為便捷的手段之一。
三、電池檢測：從2D到3D
盡管2D平面檢測簡單且有效，但有時可能會出現(xiàn)偏差。3D成像為研發(fā)人員提供了更為直觀的檢測結果，提高了電池的研發(fā)效率和性能。
其中，X射線顯微鏡技術如蔡司的Xradia Versa系列，可以實現(xiàn)電池內(nèi)部的高分辨率3D無損成像，分辨電極顆粒與孔隙、隔膜與空氣等，可以大大簡化流程，節(jié)省時間。
電池內(nèi)部高分辨率成像（掃描完整樣品-選擇感興趣區(qū)域-放大并進行高分辨率成像）來源：蔡司（使用蔡司XradiaVersa系列X射線顯微鏡測試）
在此基礎上，蔡司推出的4D微觀結構演化表征方法，可以獲得更多信息，提供更微小的細節(jié)特征。
當需要進一步高分辨率分析時，新一代聚焦離子束（FIB）技術成為首選。FIB結合SEM，允許樣品在納米級別進行精細加工和觀察。蔡司和賽默飛均已推出相關顯微鏡產(chǎn)品。
四、電池的原位測試和多技術關聯(lián)應用
一種檢測手段常常無法完全表征材料屬性。所以，行業(yè)將不同的測試設備協(xié)同應用，實現(xiàn)多手段的關聯(lián)，則可以在測試中得到多維度的信息，使結果更為直觀。
早期，多手段關聯(lián)的出發(fā)點，是以不同分辨率來觀察被測對象的需求。利用CT→X射線顯微鏡→FIB-SEM，選定區(qū)域并逐級放大，就可以得到更為全面和精確的信息，同時可以實現(xiàn)快速定位，使檢測更為高效。
正極材料的多尺度關聯(lián)分析來源：蔡司（使用蔡司Xradia Versa、Ultra、FIB-SEM系列產(chǎn)品多尺度關聯(lián)測試）
為了實現(xiàn)原位多角度分析，如德國WITec、捷克Tescan、蔡司等推出了RISE系統(tǒng)，實現(xiàn)拉曼成像與SEM等技術的聯(lián)合應用，通過電池表面形貌（SEM）、元素分布（EDS）與電極材料分子組成信息（Raman圖譜）結合。
材料測試通常伴隨制樣過程，由于FIB-SEM需要對同一個樣品進行多次制樣測試來構建3D圖像，采用常規(guī)制樣方法需要消耗很長時間。為解決這個問題，蔡司提出了一組非常巧妙的聯(lián)合方案。更多精彩內(nèi)容，請查閱《纖毫畢現(xiàn)，追根溯源–探索電池高效生產(chǎn)打造高品質電池的奧秘》白皮書。