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X射線金屬異物檢驗技術方案 提升鋰電池使用良率

  • DIGITIMES企劃
緯利公司產品專員詹前斌。

鋰離子二次電池(LIB)目前廣泛運用在筆電、手機及電動車領域,也就是人們日常使用中與鋰電池的接觸息息相關。2016年智慧型手機鋰電池意外事件,讓電池廠對電芯、正負極材料的選用更為謹慎,如何在電池生產階段做到材料測試、進料檢驗等源頭把關,進而提升鋰電池使用良率及可靠性更顯重要。

緯利副總經理余傳宗指出,由於鋰電池的能量密度需求一再提升,但高能量密度卻容易導致熱失控、著火等安全問題,追溯其可能原因,應是電池內部金屬污染物所造成的電池短路所引發。為了提升金屬異物管理技術,避免電池內部短路潛在風險,目前業界由日立推出、緯利代理的鋰離子電池用X射線異物分析儀EA8000,針對電池生產流程、進出貨做到詳實檢驗,即時找出不良品以減少原物料耗損問題。

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緯利公司副總經理余傳宗。

因金屬汙染物造成電池內部瑕疵,過去製造業者遭遇的挑戰來自沒辦法即時、快速檢驗出不良品,又或是問題出自原料端或製程問題而無法檢驗出異常,當商品出貨後才發現問題所在。所以更需要在製造源頭針對電池金屬異物進行更嚴謹的檢測控管,這包括污染物的尺寸、成分、數量等。

緯利產品專員詹前斌接著解釋,過去金屬異物檢驗技術延伸出幾項方案,但每項有各自優缺點。例如ICP-OES、WDX較難偵測出汙染物的尺寸、數量;Microscope用顯微鏡無法在黑色碳粉物質中看到金屬異物顆粒,無法做組成分析;X-ray CT只能偵測異物位置,但無法分析異物種類;XRF無法事先知道要檢驗的問題點在哪,空有驗證能力卻無法發揮。所以在金屬異物大範圍檢測、快速分析、內層異物檢測等仍有改善空間。

為了解決電池業界的問題,X射線金屬異物檢驗技術方案EA8000,做到檢測尺寸為50×200 mm極板中,目標20 µm以上金屬異物。這在以往X射線檢驗時間至少花上數十小時攝影時間,而EA8000檢測速度比以往節省100倍以上,除了檢測時間壓縮到30分鐘內完成,同時自動檢測、掃描分析到數據報告一系列流程皆是自動化進行。

EA8000採用與CT X ray 原理,藉由X射線掃描圖像捕捉樣品中的金屬異物,並記錄異物所在位置,再使用XRF分析金屬異物元素組成,將相關數據記錄並以報告呈現。以往檢測電極板微小金屬異物,只能分析存在於樣品表面異物,若是異物存在內部則由異物產生的X射線會被基材所吸收,導致信號強度相對微弱。

不過目前EA8000技術再革新,可檢測鋰電池材料中的正 / 負極活性物質、導電劑等粉末狀樣品,也可檢測隔離膜、電極板等薄片狀樣品。

與過去技術相比,詹前斌說EA8000金屬異物的檢測速度、元素分析準確度大幅提高,同時達到一體化操作,無形中提高工作效率。EA8000先透過X-ray影像系統測試樣品中異物影像,接著用顯微鏡觀察異物型態,最後則藉由XRF功能自動分析異物的元素種類及組成。這也讓電池業者在做鋰電池收貨檢查、進度管理,大幅提升整體作業流程效率。