電池研究與應用 | 電池應用 | Thermo Fisher Scientific

電池研究與生產程序

Thermo Scientific系統涵蓋電池價值鏈的每個環節，從原物料的提煉、加工，到生產線的品質保證，乃至新電池設計的研發。

電池研究應用

電池研究精選使用案例

挑戰	技術	解決方案	資源
避免汙染在製備及轉移樣品的過程中避免對空氣、濕氣及／或光束敏感的電池樣品造成汙染	IGST工作流程： DualBeam、SEM／桌上型SEM（位於手套箱內）、TEM、Avizo、CleanConnect	完整的工作流程可確保敏感的電池樣品能在其原生狀態且未受汙染之情況下進行樣品特徵分析	型錄：無縫惰性氣體轉移工作流程
			規格表：CleanConnect樣品轉移系統
			應用說明：Phenom XL G2桌上型SEM之氬氣相容性對鋰電池研究的效益
使用SEM、EDS及TEM難以偵測鋰	TOF-SIMS	以2D及3D的方式準確地偵測電池樣品中的鋰並繪製其分布情況，最低可至10 ppm	應用說明：在Thermo Scientific Helios DualBeam上使用TOF-SIMS進行離子光譜分析
使用SEM、EDS及TEM難以偵測鋰	TEM	iDPC技術可清楚地進行鋰等原子尺度光元素的成像	應用說明：Talos S/TEM上的整合式微分相差
進行超出單一儀器能力之不同尺度的電池結構特徵分析	CT、SEM、Raman、DualBeam、Avizo、EDS	對電池微觀結構進行多尺度成像及分析的相關工作流程	應用說明：以多尺度影像為基礎的鋰離子電池控制及特徵分析
進行超出單一儀器能力之不同尺度的電池結構特徵分析	CT、SEM、Raman、DualBeam、Avizo、EDS	對電池微觀結構進行多尺度成像及分析的相關工作流程	應用說明：鋰離子電池的多尺度3D成像解決方案
以高抛光品質在樣品表面準備一個大範圍2D區域，進行2D成像及特徵分析	DualBeam（電漿FIB-SEM）、EDS	高處理量自動化旋轉銑刀，實現高表面品質	應用說明：電池的大面積自動化樣品製備
以高抛光品質在樣品表面準備一個大範圍2D區域，進行2D成像及特徵分析	SEM、CleanMill	CleanMill是專為對空氣敏感的樣品提供的工作流程，超高能量的離子槍用來進行快速拋光，而低溫功能則可保護樣品的完整性	規格表：CleanConnect樣品轉移系統
進行用於電極結構性能相關的關鍵微觀結構性質特徵分析（例如彎曲度）	DualBeam、EDS、TOF-SIMS、Avizo	電池材料的3D特徵分析 · 用於不同尺度3D電池結構成像的硬體 · 用於自動化3D成像資料收集的軟體 · Thermo Scientific Avizo軟體工作流程，用於影像分析及量化	部落格文章／影片：利用3D成像推進鋰離子電池技術
進行用於電極結構性能相關的關鍵微觀結構性質特徵分析（例如彎曲度）	DualBeam、EDS、TOF-SIMS、Avizo		應用說明：以多尺度影像為基礎的鋰離子電池控制及特徵分析
奈米尺度的光束敏感材料之特徵分析，例如SEI	TEM、EDS、Avizo	能源材料的奈米尺度及原子尺度特徵分析 · Cryo-EM工作流程，實現準確的資料收集及優異的EDS性能 · Avizo軟體，用於結構量化及視覺化	型錄：電池及儲能技術的分析性解決方案
			網路研討會：可充電電池材料的冷凍低溫電子顯微技術及原位電子顯微技術診斷導向設計，以取得更好的電池
			網路研討會：電化學材料及相間薄膜（interphases）的先進特徵分析方法，以取得更好的電池
透過電子顯微鏡進行的原位動力學分析（例如加熱）	SEM	多個原位加熱階段選擇，搭配Thermo Scientific SEM的整合軟體，以了解陰極合成機制	型錄：用於鋰電池研究的掃描式電子顯微技術
在不造成任何損傷的情況下，進行光束敏感隔膜樣品的特徵分析	SEM／SDB	優異的低KeV成像及冷凍FIB銑削解決方案，可對隔膜微觀結構進行2D及3D的特徵分析	應用說明：電池隔膜結構準確成像的策略
透過電子顯微技術探測鈕扣電池內的固有SEI	雷射電漿FIB	高能量及高銑削速率的雷射實現直接橫截面銑削，以了解鋰金屬電芯的劣化機制	網路研討會：視覺化呈現鋰金屬陽極電池的劣化情況
了解固態電解質薄膜之化學計量與深度的函數關係	XPS	XPS深度分析可量化每個深度的元素
了解固態電解質薄膜之化學計量與深度的函數關係	XPS	XPS深度分析可量化每個深度的元素	網路研討會：透過先進的特徵分析技術，了解固態電解質相間薄膜的表面反應
量測電極表面化學狀態	XPS	XPS可量化電極表面出現的化學狀態	應用說明：鋰離子電池的電極材料分析
追蹤SEI層的演變	XPS	可使用XPS及簇離子源對材料進行深度分析，以追蹤SEI層循環後的發展情況
原位電極循環	XPS	可原位操作電極，以監控充電及放電時的頻譜變化
調查電芯壽命期間，隔膜化學的變化	XPS	使用XPS可輕鬆進行聚合物材料表面化學的特徵分析
異位分析電池元件，不會遺漏整個區域的點對點變化	拉曼	利用拉曼顯微鏡來查看使用或測試過程中所發生之元件的材料與分布的變化	應用說明：鋰離子電池的非原位拉曼分析
識別陽極與陰極的相並測定結構	拉曼	拉曼顯微技術能以視覺化的方式顯示具有不同性能特徵之相同材料不同相位的空間分布	應用說明：鋰離子電池的拉曼分析 — 第1部分：陰極
	拉曼	拉曼顯微技術能以視覺化的方式顯示具有不同性能特徵之相同材料不同相位的空間分布	應用說明：鋰離子電池的拉曼分析 — 第2部分：陽極
	XRD	XRD有助於識別並量化關注之具體的多態結構，以提高產量及效率	型錄：ARL EQUINOX 100 X射線繞射儀
追蹤並繪製整個充電及放電循環的陽極組成	拉曼	利用拉曼顯微鏡觀察原位監控充電／放電循環期間電極表面的變化	應用說明：鋰離子電池的原位拉曼分析
確認作為陽極元件及混合材料中特定之碳的同素異形體之存在	拉曼	拉曼光譜法特別適用於分析碳的同素異形體，包括混合材料中的碳	應用說明：鋰離子電池的拉曼分析 — 第2部分：陽極
了解固體聚合物電解質（SPE）中，離子種類的關聯及組成的分布	拉曼	利用拉曼顯微法將SPE中組成的空間分布視覺化，並顯示離子締合	應用說明：鋰離子電池的拉曼分析 — 第3部分：電解質
研究電池材料的結晶度、穩定性及反應性	XRD	X射線繞射分析可即時測定活性材料之結晶度相對於非晶質含量的百分比、結構穩定性以及可重複性	型錄：ARL EQUINOX 100 X射線繞射儀
原位追蹤充電／放電反應	XRD	在充電／放電期間，每個電池電芯的陰極與陽極都會發生變化。XRD讓您能追蹤相位組成的變化及晶體結構的演變	網路研討會：使用XRD深入分析微觀結構

縮寫：Avizo＝Avizo軟體，CT＝電腦斷層掃描，DualBeam＝聚焦離子束掃描電子顯微法（FIB-SEM），EDS＝能量色散X射線光譜，FIB＝聚焦離子束，FTIR＝傅立葉轉換紅外線光譜，iDPC＝整合式微分相差，IGST＝惰性樣品氣體傳輸，SDB＝小型DualBeam，SEI＝固態電解質相間薄膜，SEM＝掃描式電子顯微法，SPE＝固態聚合物電解質，TEM＝穿透式電子顯微法，TOF-SIMS＝飛行時間式二次離子質譜，XPS＝X射線光電子能譜，XRD＝X射線繞射。

電池礦物資源加工

電池礦物加工精選使用案例

挑戰	技術	解決方案	資源
鎳、鈷、錳、鐵、鋰礦石的元素分析及等級控制	XRF	Thermo Scientific XRF實驗室光譜儀，可量化開採之液體或固體材料樣品中多達90種元素，以便控制礦體含量並進行精煉及加工	應用說明：使用ARL OPTIM'X WDXRF光譜儀分析鎳礦石
			應用說明：在空氣環境中，對壓縮粉末形式的鎳礦石進行EDXRF分析
			應用說明：利用WDXRF進行鋰原料分析
			應用說明：使用ARL OPTIM’X XRF光譜儀分析錳礦石
			應用說明：使用ARL OPTIM’X XRF光譜儀分析鐵礦石

縮寫：XRF＝X射線螢光光譜儀

電池原料控制

電池原料控制精選使用案例

挑戰	技術	解決方案	資源
電極材料QC需要比OM更高的解析度，但我們的實驗室放不下落地式SEM，而手動分析又太慢	桌上型SEM	Thermo Scientfic Phenom XL桌上型SEM可透過高處理量自動化，進行陽極與陰極材料的高解析度形態分析及QC
電極材料QC需要比OM更高的解析度，但我們的實驗室放不下落地式SEM，而手動分析又太慢	桌上型SEM		部落格文章：鋰離子電池的石墨分析
原料中金屬雜質的識別及量化至關重要，但ICP及光學顯微鏡都無法做到這兩點	桌上型SEM、EDS	Thermo Scientfic Phenom ParticleX桌上型SEM可利用高處理量的自動化EDS工作流程識別並量化顆粒雜質	網路研討會：如何使用SEM+EDS證明您的NCM粉末品質
快速進行鋰、金屬氧化物及鋰化合物的特徵分析	拉曼	Thermo Scientific 拉曼儀器可透過簡單的樣品製備快速地分析這些化合物	部落格文章：在鋰離子電池製造期間使用拉曼光譜技術
鋰及其他高反應性鹽類的特徵分析	FTIR	緊湊的Thermo Scientfic Nicolet FTIR儀器可遠端在氬氣吹掃手套箱內控制並量測樣品的光譜	應用說明：惰性氣體環境中鋰鹽的FTIR特徵分析
原料特徵分析	XPS	可利用XPS在形成電極之前分析粉末材料的表面，測定化學計量並識別汙染物
評估原料的純度	XRF	從ppm到100%的元素分析，對碳黑中的雜質進行預篩	型錄：X射線產品系列
識別並量化原料中的礦物組成	XRD	陽極與陰極的相識別及結構測定	型錄：ARL EQUINOX 100 X射線繞射儀

縮寫：EDS＝能量色散X射線光譜，FTIR＝傅立葉轉換紅外線光譜，ICP＝感應耦合電漿，OM＝光學顯微鏡，SEM＝掃描式電子顯微法，XRD＝X射線繞射，XRF＝X射線螢光光譜。

電池生產應用

電池生產精選使用案例

挑戰	技術	解決方案	資源
使用一般的SEM至EDS工作流程檢測電極雜質過程緩慢又冗長	ChemiSEM、EDS	Thermo Scientfic Axia ChemiSEM將SEM與「即時 EDS」整合，可立即進行電極雜質的特徵分析	應用說明：透過Axia ChemiSEM評估電池材料內的汙染物
電池生產中的故障分析及QC需要SEM等級的解析度，但落地式機型往往占據太多空間	桌上型SEM	Phenom桌上型SEM可對電池材料進行高解析度、高處理量的分析	應用說明：使用SEM檢測電池以取得更好的性能
原料中金屬雜質的識別及量化至關重要，但ICP及光學顯微鏡都無法做到這兩點	桌上型SEM、EDS	Phenom ParticleX桌上型SEM可利用高處理量的自動化EDS工作流程，識別並量化顆粒雜質	網路研討會：如何使用SEM+EDS證明您的NCM粉末品質
黏著劑特徵分析很困難，但對於確認電極結構而言至關重要	SEM、DualBeam	Thermo Scientfic Apreo 2 SEM其獨特的T3偵測器具有優異的成像對比度，可繪製電極內非導電性黏著劑的分布	型錄：用於鋰電池研究的掃描式電子顯微技術
針對電池的陽極，同時進行主要元素（%等級）及微量雜質（ppm、mg/kg）的量化	ICP-OES	Thermo Scientfic iCAP 6000系列ICP-OES可準確地量測溶液中的濃度，範圍從<0.006 mg/L到將近3000 mg/L（6個數量級）	應用說明：使用Thermo Scientific iCAP 6000系列Radial ICP-OES同時測定鋰離子電池陰極中的雜質及主要元素
在直立式攪拌機中分批混合電池漿料需要大量人力、材料效率低，而且會有批次間差異的風險。採用溶劑澆鑄法塗裝的電極需要高能耗的溶劑蒸發及回收技術。揮發性溶劑危險且昂貴。	雙螺桿押出	連續混煉漿料可減少材料損失、清潔時間、處理錯誤及產品差異。 Thermo Scientific雙螺桿押出機能以高再現性連續混煉漿料。控制組成、材料剪力及溫度。 PTFE在無溶劑電極漿料中作為黏著劑。 PTFE與活性材料粉末的合成需要高剪力。 Thermo Scientific雙螺桿押出機成功地合成PTFE與活性材料，以產生無溶劑漿料。高剪力導致形成黏合活性材料顆粒的PTFE原纖維	隨選網路研討會：快速有效地混煉均質電極漿料

縮寫：DualBeam＝聚焦離子束掃描電子顯微法（FIB-SEM），EDS＝能量色散X射線光譜，FIB＝聚焦離子束，ICP＝感應耦合電漿，NCM＝鎳鈷錳，OES＝光學發射光譜儀，OM＝光學顯微鏡，SEM＝掃描式電子顯微法。

電池品質管控

電池QA/QC精選使用案例

挑戰	技術	解決方案	資源
單獨使用CT很難識別雜質以進行根本原因分析	CT/SDB、EDS、Avizo	相關的CT／雷射PFIB工作流程，不需要拆解電芯即可識別深層嵌入的雜質	應用說明：鋰離子電池的多尺度3D成像解決方案
故障分析需要高解析度橫截面拋光，但同時仍要能保護樣品	SEM、CleanMill	Thermo Scientfic CleanMill是專為對空氣敏感的樣品提供的工作流程，超高能量的離子槍用來進行快速拋光，而低溫功能則可保護樣品的完整性	規格表：CleanConnect樣品轉移系統
區分碳的同素異形體、展現陽極材料結構，並追蹤使用期間的變化	拉曼	拉曼光譜法在區分碳不同的同素異形體以及評估這些材料的結構品質上特別實用	應用說明：鋰離子電池的拉曼分析 — 第2部分：陽極
繪製陽極SEI層的劣化情況	拉曼	利用拉曼顯微法視覺化呈現電芯使用後電極材料及成分分布的變化	應用說明：鋰離子電池的非原位拉曼分析
監控在火災、短路或其他危險情況下，電池釋出的氣體及釋放的化學物質	FTIR	Thermo Scientfic Antaris IGS系統配備有加熱閥抽屜，可量化在車輛碰撞等超負荷情況下釋放出的HF及其他氟化氣體	技術說明：使用氣相FTIR技術測定煙霧毒性
評估電池材料的結晶度、穩定性及反應性	XRD	檢查薄膜及層相的晶體結構、結晶度、走向特徵、厚度、同質性及密度	型錄：ARL EQUINOX 100 X射線繞射儀
偵測缺陷、夾雜物及不完全度	XRF	元素映射（Elemental mapping）及小至0.5 mm的微小異物分析	應用說明：微小異物分析：鐵基 (Ferrous base) 的性能
			應用說明：使用Thermo Scientific ARL PERFORM’X 1500 W高階WDXRF光譜儀，在低功率下使用元素映射（elemental mapping）進行樣品分析
			應用說明：利用ARL PERFORM’X系列XRF光譜儀，使用映射（mapping）進行樣品分析
控制陽極、陰極、電解質、隔離及其他元件的純度	XRF	波長色散X射線螢光光譜儀（WDXRF）可進行雜質及汙染的日常例行監控	應用說明：石墨的微量分析
依據現行的鉛酸電池標準，對鉛及鉛合金中的微量元素進行量化分析	OES	Thermo Scientfic ARL iSpark光學發射光譜儀可對鉛酸電池中的微量元素及合金元素進行分析	使用ARL iSpark OES光譜儀分析鉛及其合金
了解電極漿料的流變性質至關重要，以便：優化塗裝程序定義儲存方式進行分散質量的特徵分析，作為電芯性能的預測指標。	旋轉流變儀	特徵流動曲線（漿料黏度與剪切速率的關係）為漿料泵送、攪拌及塗裝等程序中的流動行為提供深度剖析。使用Thermo Scientific HAAKE iQ空氣旋轉流變儀，以高精度量測各種剪切速率下的流動曲線。	隨選網路研討會：電池製造與研究中的旋轉流變學

縮寫：DualBeam＝聚焦離子束掃描電子顯微法（FIB-SEM），EDS＝能量色散X射線光譜，FIB＝聚焦離子束，ICP＝感應耦合電漿，NCM＝鎳鈷錳，OES＝光學發射光譜，OM＝光學顯微鏡，SEM＝掃描式電子顯微法。

探索電池QA/QC

電池回收

電池回收精選使用案例

挑戰	技術	解決方案	資源
回收材料QC需要比OM更高的解析度，但我們的實驗室放不下落地式SEM，而手動分析又太慢	桌上型SEM	Phenom XL桌上型SEM利用高處理量自動化，進行回收電池材料的高解析度QC
回收材料中金屬雜質的識別及量化至關重要，但ICP及光學顯微鏡都無法做到這兩點	桌上型SEM、EDS	Phenom ParticleX桌上型SEM可利用高處理量的自動化EDS工作流程，識別並量化顆粒雜質	網路研討會：如何使用SEM+EDS證明您的NCM粉末品質
將要回收的進料分類並控制回收金屬中的雜質	XRF	用於回收鋁、鎳、鈷、錳及石墨等金屬的黑土（black mass）元素分析。	應用說明：石墨的微量分析

縮寫：EDS＝能量色散X射線光譜，ICP＝感應耦合電漿，OM＝光學顯微鏡，SEM＝掃描式電子顯微法，XRD＝X射線繞射，XRF＝X射線螢光光譜。

For Research Use Only. Not for use in diagnostic procedures.

電池研究與製造應用