有媒體報道，到了2050年，隨著全球氣候變暖，世界上大部分城市將因為太熱而不能舉辦奧運會。
氣候問題嚴峻。怎么辦？
全世界都在尋求答案。
推動能源和交通綠色轉型，是全面綠色轉型的重要部分，也是關乎生存和發展的重大課題。而作為推動轉型關鍵的新能源電池，也進入了新的發展階段。鋰離子電池行業必須邁進“高標準”發展階段。這對鋰離子電池的性能和安全性提出了前所未有的挑戰。
對鋰離子電池的失效進行深入分析，既是提高電池性能的必要手段，也是保障用戶安全的重要措施。鋰離子電池的失效主要可分為兩類：性能失效和安全性失效。性能失效指的是鋰電池的性能達不到使用要求和相關指標，主要有容量衰減或跳水、循環壽命短、倍率性能差、一致性差、易自放電、高低溫性能衰減等；安全性失效指的是鋰電池由于使用不當或者濫用，出現的具有一定安全風險的失效，主要有熱失控、脹氣、漏液、析鋰、短路、膨脹形變等。
在新能源汽車用戶的反饋中，車輛續航里程縮水是投訴的“重災區”
令人擔憂的鋰離子電池安全問題層出不窮
在《中國制造2025》中，提出了能量型鋰電池比能量需超過300W·h/kg，功率型鋰電池比功率需超過4000W/kg的發展目標。為滿足市場需求，提高電池性能與安全性，縮短新體系研發周期，開展鋰電池失效分析顯得尤為重要。鋰離子電池的失效分析涵蓋多個方面，包括性能失效與安全性失效的分類及其原因的深入探討。為提升鋰離子電池的整體性能與安全性，建議在電池設計、材料選擇、制造工藝及使用管理等環節加強控制與優化。同時，針對已發生的失效現象，開展更系統的研究，將推動鋰離子電池技術的進步，滿足現代社會對高性能與安全性電池的需求。失效不僅是失效原因的最終體現，也是失效原因在一定時間內疊加形成的結果。失效分析的一項重要任務是準確判斷失效原因。
常見的鋰電池失效原因包括活性物質結構變化、相變、活性顆粒裂紋或破碎、過渡金屬溶出、體積膨脹、固體電解質界面膜（SEI）過度生長、SEI分解、鋰枝晶生長、電解液分解或失效、電解液不足、電解液添加劑不匹配、集流體腐蝕或溶解、導電劑失效、膠黏劑失效、隔膜老化、隔膜孔隙阻塞、金屬異物溶解析出、電芯設計異常及分容老化過程異常等。
失效分析分為兩個方向: 其一為基于鋰電池失效的診斷分析, 是以失效為出發點, 追溯到電池材料的失效機理, 以達到分析失效原因的目的; 其二為基于累積失效原因數據庫的機理探索分析, 是以設計材料的失效點為出發點, 探究鋰電池失效發生過程的各類影響因素, 以達到預防為主的目的。
鋰離子電池自放電之內短路失效故障樹
鋰電池的衰減是從材料開始的，因此對于鋰離子電池的衰減機理研究，需要分離出電芯中每一組分的具體改變，從基礎原材料層面進行分析表征，表征其在循環過程中的變化，再與宏觀的電池性能建立起對應的聯系，從而深入理解電芯失效的機理。而對于材料的分析，首先從電池組成的主材，陰極，陽極，電解液開始。以陰極為例，從組成陰極的活性物質材料的原子級別逐層上升至極片水平表征，對參數如晶體結構，比表面積，極片壓實密度，Coating重量，Binder含量進行詳細系統的考察。對于不同層級的不同參數的表征需要涉及到不同的表征方法，如果要得到全面的準確的信息，需要將各表征結果結合起來，作為一個系統進行分析。其中，需要一套完整的電池樣品處理和圖像采集方案來解決這些鋰離子電池失效分析中成像表征遇到的困難。
為了進一步厘清鋰離子電池失效分析的一些關鍵問題，賽默飛世爾科技攜手儀器信息網將于2024年11月13日（14:00-16:20）舉辦“先進表征分析技術助力鋰離子電池失效分析研討會”（線上直播），本次大會邀請了賽默飛世爾科技清潔能源市場和業務開發總監Brandon Van Leer和中國區業務拓展領導吳偉致辭，并邀請中科院物理所王雪鋒研究員、工業界資深專家曹福彪，賽默飛世爾科技清潔能源市場和業務開發總監Brandon Van Leer，以及賽默飛業務拓展經理孫秀榮和市場應用開發經理郝維慧進行4場專題報告。
王雪鋒
中國科學院物理研究所特聘研究員、
博士生導師
冷凍電鏡技術分析鋰離子電池失效機制
專家簡介
主要從事高能量密度二次電池(鋰離子電池、金屬鋰電池和全固態電池等)關鍵材料結構和界面表征、機理研究和失效分析，尤其擅長采用冷凍電鏡技術研究輻照敏感材料。至今已在Nature、Nature Materials、Chemical Reviews、Joule、Energy & Environmental Science、Journal of American Chemical Society、Nano Letter、Nano Energy等國際知名學術期刊上發表學術論文70余篇，引用5000余次。
代表性成果包括
在國際上率先將結構生物領域中的冷凍電鏡技術引入到二次電池領域，研究了輻照敏感的電池材料及其界面的微觀結構，尤其是備受關注的石墨、硅和金屬鋰負極，從而成功地聯接了結構修飾、性能改善和條件控制等環節；
結合化學滴定和氣相質譜，開發了準確區分和定量活性/非活性金屬鋰和鋰-硅合金，揭示了固體電解質界面SEI膜的結構、成分、演變及其與活性物質的相互作用，并提出界面改性等策略以提高金屬鋰和鋰-硅合金的電化學可逆性；
采用多種表征手段解析全固態電池的界面問題，分析了復雜界面對電荷轉移、離子輸運、機械性能、安全性能和電化學性能的影響，指出界面調控和修飾是提高全固態電池性能的關鍵。
Brandon Van Leer
賽默飛世爾科技清潔能源市場和業務開發總監
成像分析表征技術在鋰離子電池失效分析中的應用
Understanding battery failures with optimized imaging and analysis techniques
專家簡介
Brandon 的專業背景主要集中在材料表征以及電子材料和聚合物的開發領域。他在各種分析技術方面擁有超過二十七年的豐富經驗，并且在掃描電子顯微鏡（SEM）和聚焦離子束（FIB）研究方面有超過二十年的深入探索。Brandon目前專注于惰性氣體樣品轉移工作流程和冷凍等離子體聚焦離子束-掃描電子顯微鏡（PFIB）在空氣敏感和電子束輻照敏感材料中的應用。同時，他也是 MSA、MRS 和 IEEE 的成員。
內容前瞻
鋰離子電池的失效分析過程以鋰電池失效為出發點，根據電池的失效現象，對電池進行電池外觀檢測、電池無損檢測、電池有損檢測以及綜合分析。所謂電池有損檢測是指通過電池拆解、極片觀察及材料測試分析來確定正負極片、活性材料以及隔膜等因素在電池失效中的作用。采用多模式、多尺度成像技術準確表征失效電池材料和極片對于電池失效分析不可或缺，而其中：
準確定位電芯失效位點，對其內部從二維到三維，從極片尺度到原子尺度的結構信息進行深入解析；
在本真狀態下對失效電池的極片和材料尺度的結構信息進行表征；
獲得具有統計意義的結構信息量化結果，實現從圖像到數據的轉化。
是電池工作者對電池進行失效機制的分析中遇到的挑戰。賽默飛致力于提供全面的鋰離子電池成像和表征解決方案是學術界和工業領域開發更優電池的無可替代的工具。
曹福彪
鋰電工業專家
鋰離子電池失效分析流程及常見失效模式解析
專家簡介
擁有多年在消費、動力和儲能電池研發與管理方面的豐富經驗，曾在多家主流新能源電池企業及主機廠擔任資深工程師、研發經理、總監、大區經理等職務，并主持和參與了多項國家及省部級電池研究項目。具備插電式混合動力、純電動、儲能電池及消費電池的全面研發和量產導入經驗。成功開發了國內首款量產三元42Ah PHEV2動力電池、超高速疊片全系三元鐵鋰電池、超快速5C動力電池，以及能量密度高達360Wh/kg的車用量產半固態電池和快充電池，其快充速度可達到6C。所領導開發的電池產品已廣泛應用于蘋果、寶馬、長城、吉利、蔚來以及國內大型儲能客戶。
內容前瞻
失效現象的范圍通常會與失效模式的范圍有所重疊。失效現象更側重于對具體現象的直接描述，屬于對失效過程的信息收集和記錄；而失效模式則通常被理解為失效的性質和類型，是對失效的一種歸類和劃分。鋰電池的失效現象是電池失效表現的一個重要集合，對其進行準確的定義和分類是十分必要的。這不僅有助于更好地理解電池失效的根本原因，還能為改進電池設計和提高其可靠性提供重要依據。
在鋰電池的失效分析中，常見的失效現象包括但不限于容量衰減、內阻增加、熱失控、短路和電解液降解等。這些現象的背后，往往隱藏著復雜的物理和化學變化。例如，容量衰減可能與電極材料的循環穩定性有關，而內阻增加則可能是由于電解液的分解或電極表面形成了不導電的固體電解質界面膜（SEI）。熱失控現象則可能源于電池內部的局部短路或外部環境溫度過高，導致電池材料發生劇烈的放熱反應。
通過對這些失效現象的深入研究，能夠揭示出鋰電池在實際應用中的潛在風險和性能瓶頸。這就需要運用多種先進的分析技術，如掃描電子顯微鏡（SEM）、透射電子顯微鏡（TEM）、X射線衍射（XRD）和電化學阻抗譜（EIS）等。這些技術可以提供關于電池內部結構變化、材料相變、電化學反應動力學等方面的詳細信息，從而幫助研究人員更準確地識別和定位失效原因。
孫秀榮
賽默飛世爾科技業務拓展經理
郝維慧
賽默飛世爾科技清潔能源應用市場開發經理
掃描電鏡和雙束電鏡助力鋰離子電池失效分析
專家簡介
孫秀榮，畢業于北京科技大學材料學專業，研究課題專注于金屬材料相關。擁有近10年的電鏡相關使用經驗（SEM/SDB、EDS、EBSD、CP等），擅長材料微觀形貌、成分、結構表征分析，對各種類型樣品的表征分析具有豐富的經驗和心得，目前主要從事掃描電鏡和雙束電鏡的市場拓展工作。
郝維慧，于2016年在中南大學獲得材料科學碩士學位，并在同一所大學獲得了學士學位。在鋰離子電池行業的材料表征和失效分析方面擁有豐富的經驗，曾在全球領先的公司鋰電公司和消費類電子產品公司擔任材料分析和失效分析工程師。對于成像表征技術，如TEM、FIB-SEM、SEM和CT，在電池的研究、質量控制和失效分析應用有豐富的經驗和深入的理解。
內容前瞻
從材料制備到產品使用的過程充滿著可變性、復雜性， 因此對鋰電池失效分析不能僅局限于電池關鍵材料的失效，同時要對材料結構、電極結構、制造流程和失效表現等進行綜合考慮。賽默飛的掃描電鏡和雙束電鏡技術在原材料質控和工藝過程監控及成品失效分析中提供了多種成像分析表征方案。
“工欲善其事，必先利其器”。將鋰電池失效分析之邏輯與電子顯微鏡表征技術相結合，必能激發新的火花。此結合不僅可深入揭示電池材料與結構之退化機制，亦能為優化電池設計與制造工藝提供珍貴見解，從而提升電池之性能與可靠性。
卻顧所來徑，蒼蒼橫翠微。
歷史表明，每一次電鏡技術的發展，都為某個研究領域帶來一次深刻的變革。也注定了要為鋰離子電池的發展開啟新的窗戶。
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