锂电行业常用检测分析设备大全-上篇
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发布时间：2024-09-30 12:58
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时间：2024-11-11 00:14
大家好，我是江子才，专注于锂电池行业干货知识，致力于提供原创内容，公众号文章多为个人经验分享与总结。对本内容感兴趣的朋友，可以点击关注阅读。
在锂电行业中，从原材料到电池，通常需要使用哪些检测测量设备？以下为江子才整理的目录供参考。
1. 扫描电子显微镜SEM
（X射线能谱仪EDS）
2. X射线衍射仪XRD
3. 拉曼光谱仪Raman
4. 红外光谱仪IR
5. 原子吸收光谱仪AAS
6. 热分析仪
加速绝热量热仪ARC
等温量热仪IBC
热重同步热分析仪TG-DTA
7. 色谱与质谱仪
气相色谱仪GC
液相色谱仪LC
离子色谱仪IC
质谱仪MS
质谱仪QTOF
8. 电化学工作站
9. 接触角测试仪
10. 粒度分析仪
11. 比表面积分析仪
12. 振实密度仪
13. 压实密度仪
14. ICP
ICP-OES
ICP-MS
15. 水分仪
16. 碳硫分析仪
17. 扣式电池测试（半电池）
18. 真密度仪
除了电池的测量，具体到原材料，四大主材中需要的测量设备如下表所示。
本文将对一些主要检测分析设备进行简单介绍，篇幅有限，将分为上中下三篇，此为上篇。
1. 扫描电子显微镜 SEM
1.1 概述
SEM在锂电行业用于研发、产线异常分析，能协助研究材料的形态结构、界面状况、损伤机制及材料性能预测。它可以直接研究晶体缺陷及其产生过程，观察金属材料内部原子的排列方式和真实边界，检查在不同条件下边界移动的方式，以及表面机械加工引起的损伤和辐射损伤。
1.2 原理
SEM由电子枪发射的电子束在加速电压作用下汇聚成细束，经过电子光学系统聚焦到样品表面。电子束的扫描由扫描线圈控制，当电子束打到样品表面时，产生二次电子、背反射电子、吸收电子、X射线、俄歇电子、阴极发光和透射电子等信号。这些信号被接收、放大并送到显像管，转换为视频信号显示在荧光屏上。
1.3 结构
SEM由电子光学系统、信号收集及显示系统、真空抽气系统等组成。电源系统提供各部分所需电源。SEM常配波谱仪或能谱仪，用于微区成分分析。
1.4 应用
SEM应用于观察正极、负极粉末形貌，隔膜（孔外形及涂层分析、正反面及截面分析）及箔材表面形貌等，涉及物体表面和剖面的形貌和成分分析。
2. X射线衍射 XRD
2.1 概述
XRD用于研究物质的物相和晶体结构，通过物质（晶体或非晶体）在X射线照射下产生的衍射现象来获取其物相组成、晶型、分子内成键方式、分子构型等信息。X射线是一种波长极短、能量大的电磁波，具有波粒二象性。
2.2 原理
X射线照射到晶体时，原子会以原子球为单位发射次生波，这些波与入射X射线频率相同，形成X射线散射。由于晶体中原子排列有相同数量级的距离，散射波在空间上相互干涉，产生特定方向的强衍射线，这些衍射线的分布与晶体结构密切相关。
2.3 结构
XRD衍射仪由X光源发生器和X射线检测器构成。X射线发生器选择合适的靶材，影响波长，常用Cu、Co、Fe、Cr、Mo、W靶材。样品与检测器保持同步转动，确保检测位置始终位于反射线位置。单色器或滤波器用于获得优质衍射图样。
2.4 应用
XRD应用于定性分析（样品物相、晶型、晶粒尺寸等）和定量分析（如平均晶粒尺寸、相对结晶度、物相含量等）。锂电行业应用包括石墨化度测试、纳米粉末平均粒径测试、极片及隔膜中物质种类与晶型分析等。
3. 光谱仪
3.1 概述
光谱仪用于将成分复杂的光分解为光谱线，通过测量不同波长处的辐射强度分析物质成分。光谱仪在锂电行业应用广泛，常用的有拉曼光谱仪和红外光谱仪。两者原理不同，红外光谱是吸收光谱，拉曼光谱是散射光谱，两者结合能更好获得分子结构信息。
3.2 原理
3.2.1 红外光谱原理简述
红外光谱产生是由于吸收光能量，引起分子中偶极矩改变的振动。
3.2.2 拉曼光谱原理简述
拉曼光谱的产生是由于单色光照射后产生光的综合散射效应，引起分子中极化率改变的振动。
3.3 构成
3.3.1 红外光谱仪构成简述
色散型红外光谱仪和傅里叶变换红外光谱仪结构不同，前者受限于能量和扫描时间，后者具有高分辨率、快扫描速率、宽光谱范围和高灵敏度等优点。
3.3.2 拉曼光谱仪构成简述
色散型激光拉曼光谱仪和傅里叶变换近红外激光拉曼光谱仪结构不同，前者适用于试样室和激光器，后者包含激光光源、迈克尔逊干涉仪、滤光片组和检测器等。
3.4 应用
光谱仪在锂电行业应用广泛，包括正负极材料表征、石墨化度、结晶度分析、价态变化、物质定性、SEI形成分析、粘结剂分布、隔膜成分分析、电解液组分分析等。
