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前 言

負(fù)極材料作為鋰離子的“棲息家園”，其潔凈度直接影響著整個(gè)電池體系的長效健康。在負(fù)極材料開發(fā)與生產(chǎn)鏈條中，微小的纖維異物看似微不足道，卻堪稱是電池后層級(jí)問題的“元兇”之一！ 它們?nèi)缤瑵摲诎堤幍拇炭?，以隱蔽的方式破壞電池的性能與安全。

圖1. 纖維異物的SEM圖&纖維異物的元素分析

一、追根溯源：纖維異物從何而來？

在看似潔凈的生產(chǎn)環(huán)境中，纖維異物總能“見縫插針”，其來源主要可歸結(jié)為四大路徑：

1、原料帶入：天然石墨/人造石墨前驅(qū)體在礦石開采、破碎、運(yùn)輸過程中可能混入植物纖維、麻繩纖維等。部分高分子添加劑/導(dǎo)電劑或碳納米管束在特定條件下可能以纖維狀形態(tài)存在，或在包裝、儲(chǔ)運(yùn)中混入纖維污染物。2、隔膜材料 (如生產(chǎn)環(huán)境中擴(kuò)散)：極少量隔膜切割產(chǎn)生的超細(xì)纖維，可能通過生產(chǎn)環(huán)境擴(kuò)散到負(fù)極區(qū)（尤其在共線或鄰近區(qū)域）。

3、生產(chǎn)環(huán)境：潔凈室缺陷，例如高效過濾器（HEPA/ULPA）破損、密封不嚴(yán)、人員/物料進(jìn)出管理不善，導(dǎo)致空氣中懸浮的衣物纖維（棉、滌綸）、毛發(fā)、無塵布/紙屑纖維進(jìn)入工藝區(qū)。

4、人員操作：穿戴的無塵服、手套（尤其是棉質(zhì)內(nèi)襯手套或乳膠/丁腈手套磨損產(chǎn)生的微粒）是纖維釋放的主要源頭。當(dāng)然設(shè)備磨損與接觸，軟管、密封件、過濾器濾材老化，取樣、分裝或清潔過程中的不規(guī)范操作，均可能引入纖維異物。

二、暗流涌動(dòng)：纖維異物對(duì)電池后層級(jí)的“連鎖破壞”

微小的纖維，一旦侵入負(fù)極，將引發(fā)從物理結(jié)構(gòu)到電化學(xué)性能的多維度破壞：

1、物理損傷與結(jié)構(gòu)破壞→隔膜穿刺：尖銳的金屬纖維或硬質(zhì)聚合物纖維極易刺穿薄如蟬翼的隔膜，造成內(nèi)短路，成為電池?zé)崾Э氐膶?dǎo)火索。

2、破壞涂層均勻性：纖維阻礙漿料涂布，導(dǎo)致極片表面凸起、劃痕或厚度不均，影響鋰離子嵌入/脫出的均一性。

3、擾亂導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)：非導(dǎo)電纖維（棉、紙）嵌入電極內(nèi)部，阻斷局部導(dǎo)電通路，導(dǎo)致內(nèi)阻升高。

4、電化學(xué)性能劣化→異常析鋰：纖維阻擋區(qū)域，鋰離子無法正常嵌入石墨，被迫在表面析出鋰金屬（析鋰），不僅消耗活性鋰源導(dǎo)致容量快速衰減，還可能析出鋰枝晶有刺穿隔膜的風(fēng)險(xiǎn)。

5、加速電解液分解：纖維的存在可能導(dǎo)致局部電場畸變或暴露新鮮活性表面，加劇界面副反應(yīng)，消耗電解液，引發(fā)電池膨脹和阻抗（EIS）顯著上升。

6. 活性物質(zhì)局部失活：纖維周圍活性物質(zhì)脫離導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)成為“死區(qū)”，造成容量損失。

三、明察秋毫：纖維異物檢測的“圍捕戰(zhàn)”

面對(duì)如此微小的隱患，傳統(tǒng)檢測手段往往力不從心。行業(yè)內(nèi)多采用更先進(jìn)、更精準(zhǔn)的“圍捕”策略：

1、光學(xué)顯微鏡 (OM)：基礎(chǔ)篩查手段。可觀察經(jīng)萃取或制樣后的材料表面，識(shí)別較大纖維（>50μm），但小尺寸、半透明纖維檢出率低。

2、掃描電子顯微鏡 (SEM)：高分辨率成像的利器！ 能清晰觀測微/納米級(jí)纖維的形態(tài)，結(jié)合能譜分析 (EDS)，精準(zhǔn)鎖定纖維成分（是聚酯、棉、金屬、還是異物聚合體）。

3、顯微拉曼光譜：對(duì)特定有機(jī)纖維（如PET滌綸、PP、尼龍）具有高度特異性識(shí)別能力，即使尺寸極小（~1μm），也能通過分子振動(dòng)指紋“驗(yàn)明正身”。

以上方法的精準(zhǔn)測量均需要對(duì)原材料進(jìn)行異物濃縮前處理，以減少背景的干擾，如表1為常見的負(fù)極分離方式對(duì)比表。

表1.分離富集方式對(duì)比表

在負(fù)極材料纖維異物檢測中，富集方式的選擇直接影響測定結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。不同富集技術(shù)因分離原理和操作條件的差異，會(huì)對(duì)纖維回收率、形態(tài)完整性和成分穩(wěn)定性產(chǎn)生顯著影響，當(dāng)前的行業(yè)檢測中濾膜過濾富集為常見方式，但直徑<0.5 μm的超細(xì)纖維易穿透濾膜孔隙，導(dǎo)致漏檢 ；同時(shí)當(dāng)前過濾富集的方式很容易殘留負(fù)極主體材料，檢測的有效性欠佳。為進(jìn)一步提升纖維異物富集的有效性，行業(yè)內(nèi)也在不斷優(yōu)化創(chuàng)新，其中專利202411383897.0中提出了雙濾網(wǎng)過濾富集的模式以提升檢測的有效性；專利202310785732.5中提出了石墨懸浮液自主沉降后過濾的形式，以提升檢測的有效性。

在元能一直以來的客戶對(duì)接中，異物前處理一直是行業(yè)專家老師關(guān)注的重點(diǎn)，這其中包含磁性異物、非磁性異物以及纖維異物，元能也推出了相關(guān)的解決方案，其中纖維異物部分更是結(jié)合當(dāng)前實(shí)際應(yīng)用的需求，開發(fā)了一款LSD系列纖維異物分離富集系統(tǒng)，是在離心原理基礎(chǔ)上做了創(chuàng)新型設(shè)計(jì)，可快速實(shí)現(xiàn)纖維異物的有效分離，如圖2為分離富集裝置示意圖（感興趣可添加文章末尾微信二維碼，進(jìn)一步交流）。

圖2.LSD系列創(chuàng)新型纖維異物分離富集系統(tǒng)

四、展望未來

在鋰電技術(shù)向著更高能量密度、更長循環(huán)壽命、絕對(duì)安全沖刺的征程中，任何一個(gè)細(xì)節(jié)的失控都可能成為絆腳石。負(fù)極材料中的纖維異物，正是這類需要我們研發(fā)和工藝工程師投入“顯微鏡般”關(guān)注的關(guān)鍵細(xì)節(jié)。異物分離與檢測密不可分，唯有將“零容忍”的理念貫穿于每一個(gè)環(huán)節(jié)，才能從最細(xì)微處確保電池的高品質(zhì)與真安全，托起產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新與可持續(xù)發(fā)展的宏偉圖景。潔凈非小事，纖毫定成敗——這才是鋰電研發(fā)的工匠精神。

五、參考文獻(xiàn)

[1]莫武秋,王繼文,呂靜,等.人造石墨負(fù)極材料中纖維異物檢測方法:202411383897[P].

[2]董承昊,戴璐,豐炳梅.一種檢測二次電池的負(fù)極活性材料中纖維異物含量的方法:202310785732[P].

[3]劉榮.鋰離子電池負(fù)極材料的管理[J].現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)信息, 2018(13):1.DOI:CNKI:SUN:XDJZ.0.2018-13-343.

關(guān)于元能

元能科技是一家專注于鋰離子電池檢測儀器研發(fā)與生產(chǎn)的高新技術(shù)企業(yè)，致力于為全球新能源領(lǐng)域提供領(lǐng)先的檢測解決方案與服務(wù)。

元能科技注重前沿技術(shù)研發(fā)，擁有材料、物理、化學(xué)、電化學(xué)、光學(xué)、機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)、人工智能等多學(xué)科多專業(yè)交叉的研發(fā)團(tuán)隊(duì)，圍繞表征方法、設(shè)備技術(shù)、應(yīng)用方案等開展自主研發(fā)，推出多款行業(yè)領(lǐng)先的新型儀器，獲得了多項(xiàng)發(fā)明專利及實(shí)用新型專利，服務(wù)于全球眾多材料企業(yè)、電芯企業(yè)、終端企業(yè)、科研院所、高校及政府檢測單位。同時(shí)，元能科技積極推動(dòng)建立行業(yè)上下游規(guī)范統(tǒng)一的檢測方法，主導(dǎo)或參與制定多項(xiàng)國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)，參與國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃，助力新能源行業(yè)的創(chuàng)新與發(fā)展！