鋰離子電池在完成裝配封口前最怕金屬粉塵、雜質(zhì)、水分和毛刺。極片毛刺會引起的內(nèi)部短路，因此涉及到鋰電池的安全問題，是鋰電池制造過程中非常關(guān)鍵的管控項目。毛刺的控制也一直是業(yè)內(nèi)人士關(guān)注的焦點。美能光子灣超景深顯微鏡，以其亞微米級的測量能力，為鋰電池極片毛刺的檢測帶來了革命性的進(jìn)步，助力鋰電池制造過程中的毛刺控制。

毛刺，特別是金屬毛刺對鋰電池的危害極大，尺寸較大的金屬毛刺在卷繞時會直接刺穿隔膜，導(dǎo)致正負(fù)極之間短路，造成電池發(fā)熱及爆炸而危害使用者的人身安全。

在實際生產(chǎn)中，為了制成不同尺寸的電池，經(jīng)過涂布、輥壓之后的極片還需要經(jīng)過分切、沖裁等工序。

極片分切工藝是鋰離子電池制造工藝中毛刺產(chǎn)生的主要過程。以分切工序為例，極片本身的物理力學(xué)性能、成對刀具重疊量、刃口磨損狀態(tài)等都會對毛刺的產(chǎn)生及大小造成影響。毛刺高度過高，會導(dǎo)致在毛刺上會產(chǎn)生枝晶刺破隔膜，造成電池內(nèi)部的短路。

Part.01

IEEE1725標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于毛刺及高度定義

IEEE1725中從電芯所用原材料物化指標(biāo)（如隔膜收縮率及閉合溫度），到電芯的設(shè)計原則（如容量balance）、電芯生產(chǎn)加工過程（毛刺控制、卷繞螺旋度控制、可追溯性等），再到標(biāo)準(zhǔn)文件、記錄表單，以及成品電芯的安全性能測試，都有詳細(xì)的明確規(guī)定。

按照IEEE1725標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，毛刺及其高度定義如下圖所示。

IEEE1725中毛刺及高度定義示意圖

其中“B”代表毛刺，通過圖中可知毛刺高度的定義是以箔材（即無涂層的區(qū)域）為基準(zhǔn)線，從箔材向上或向下延伸至極片外的方向的金屬凸起；或者是有涂層的區(qū)域，從涂層向上或向下延伸至極片外的方向的金屬凸起。測試毛刺尺寸則是測量毛刺垂直方向的高度。

測試要求極片水平方向和厚度方向的毛刺，測試前建議用毛刷或碎布輕輕擦拭極片邊緣的浮粉。毛刺在顯微鏡或影像儀下是呈現(xiàn)光亮的凸起。

Part.02

IEEE1725標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于毛刺控制的要求

標(biāo)準(zhǔn)中原文提到：

制造商需要具有生產(chǎn)控制或預(yù)防措施，來防止由于毛刺引起的內(nèi)部短路問題出現(xiàn)。預(yù)防方式可以是在未涂布的金屬箔上應(yīng)用絕緣膠帶或絕緣涂層，或者是在有文件化的工程分析（FMEA）里說明高度大于或等于隔離層厚度公差下限50%不會引起內(nèi)部短路。

如果沒有合適的設(shè)計預(yù)防措施（比如貼絕緣膠帶，涂布或FMEA），則要至少進(jìn)行每輪班一次或每批次一次的在每個切斷處的觀測來判斷毛刺高度是否低于隔膜厚度公差的下限的50%。考慮角度可以包括但不限于涂層厚度，隔膜厚度，有涂層極片的區(qū)域與無涂層極片區(qū)域、絕緣體、以及極片包覆等。

Part.03

毛刺的檢測

從檢測需求來看，要想全面管控產(chǎn)品品質(zhì)，不僅要檢測出是否有毛刺，還要根據(jù)毛刺的大小做出不同判定。

早期的一些企業(yè)因為資源的限制和對標(biāo)準(zhǔn)的認(rèn)知缺乏，有采取有手感的、有些是用帶刻度的小放大鏡筒去觀看測量的。其實這些毛刺的檢測方法都不太科學(xué)。測量毛刺都是微米級的，需要專門的測量儀器如高倍高清晰度的光學(xué)顯微鏡等設(shè)備才能有效測量。

美能光子灣超景深顯微鏡與其他顯微鏡毛刺測量效果對比

鋰離子電池極片邊緣毛刺

ME-UD6300

美能光子灣超景深顯微鏡

美能光子灣超景深顯微鏡是一款用于對各種精密器件及材料表面進(jìn)行亞微米級測量的檢測儀器。與傳統(tǒng)的光學(xué)顯微鏡不同，該設(shè)備擁有更大的景深、更廣的視野、更高的放大倍率、更全的觀測角度，足以應(yīng)對各種極具挑戰(zhàn)的觀測場景。

• 超清數(shù)字成像器件，3840*2160 800W 像素超高速實時傳輸

• 多種HDR技術(shù)結(jié)合運(yùn)用，實現(xiàn)亮區(qū)暗區(qū)真實呈現(xiàn)

• 先進(jìn)的遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計，保證真彩與銳利、低畸變圖像質(zhì)量

隨著技術(shù)的進(jìn)步和對鋰電池安全性能要求的提高，毛刺控制已成為電池制造過程中不可或缺的一環(huán)。從IEEE1725標(biāo)準(zhǔn)的嚴(yán)格規(guī)定到超景深顯微鏡等高精度檢測設(shè)備的運(yùn)用，我們可以看到業(yè)界在毛刺控制方面所做的努力和取得的成果。美能光子灣超景深顯微鏡將繼續(xù)在鋰電池制造領(lǐng)域發(fā)揮其重要作用，為全球用戶提供更安全、更可靠的能源解決方案。

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