不少電池企業都為新品起了性感的名字，如“4680”、“頂流”、”M3P”、“短刀”、“凝聚態”，意在打造讓從主機廠到C端用戶均耳熟能詳的記憶點。

而追根溯源，創造具有差異化的電池，不僅需要基礎研發人員對材料的探索和大膽想象，還需要能夠剖析微觀機制的工具。

一、的電池，離不開更高效的工具

電池企業都想在“性能”、“安全性”、“成本”等關鍵因素上表現優異，這就需要超過同行的質量控制手段。首先就要在研發環節，充分了解和控制電池相關材料的特性，選擇良好的材料。

材料從根本上決定著電池性能。通過改進材料提高電池性能、優化電池老化機制、應用新型材料、改變電芯結構是電芯研發的主要方向。而且，往往多策并舉，促成電池的升級和創新。

材料體系方面，采用高鎳正極、硅基負極、鋰金屬負極等新型材料體系，提高單體能量密度；或者研制出磷酸錳鐵鋰，探索鈉離子電池的商業化應用，降低成本；或者加快固態電池的研發進程，使電池性能更高，更耐久。

電芯形狀方面，方形電池，尤其是LFP短刀兼顧性能、集成與制造，成為主流企業的優選方案之一；大圓柱電池也是熱門方向，特斯拉和寶馬均已提出具體的實施規劃。

快充技術方面，多家主機廠聯合電池企業推出2C~4C快充方案。這就需要電池企業從電池材料（尤其是負極材料的選擇和微觀結構的設計）、電極設計等出發，降低內阻、加強散熱，提高電池的倍率性能。

▲ 動力電池的技術趨勢 來源：《纖毫畢現，追根溯源–探索電池高效生產 打造高品質電池的奧秘》白皮書

正所謂“工欲善其事，必先利其器”，更的動力電池產品離不開更高效有力的檢測工具。

材料的微觀結構表征是電芯研發的關鍵，目前多種材料表征方法被推出并得到廣泛應用。

在研發環節，工程師利用光學顯微鏡、X 射線顯微鏡、3D 檢測來觀察電極材料，檢測電極缺陷并分析電池失效原理。還可觀察材料的粒徑尺寸、各種成分的配比及分布情況等，加深研發人員的認識和理解。這些都可以在提高研發效率的同時更好的改善電池性能，進而為材料、工藝的改進提供依據。

二、電池材料的二維顯微成像和表征

光學顯微鏡，起源于17世紀，借助可見光的波長放大物體，實現了微米級分辨率，廣泛用于生命科學、材料科學等。在電池領域，它能觀察電極結構、檢測電極缺陷和鋰枝晶的生長，為電池研發提供寶貴數據。但受限于可見光的波長，其觀測范圍有限，而電子顯微鏡則很好的解決了這個問題。

電子顯微鏡于1931年問世，使用電子束放大物體，大可放大高達300萬倍，達到納米級分辨率。由于電子顯微鏡具備更高的分辨率，在電池研發中，搭配不同的探頭，可以得到多維度的信息（成分、表征信息，粒度尺寸，配料占比等），實現對正負極材料、導電劑、粘結劑及隔膜等更微觀結構的檢測（觀察材料的形貌、分布狀態、粒徑大小、存在的缺陷等）。

▲ 電池正負極材料、導電劑、粘結劑、隔膜SEM圖 來源：蔡司（使用蔡司電子顯微鏡測試）

由于具備高分辨率，掃描電子顯微鏡(SEM) 能清楚地反映和記錄材料的表面形貌特征，因此成為表征材料形貌為便捷的手段之一。

三、電池檢測：從2D到3D

盡管2D平面檢測簡單且有效，但有時可能會出現偏差。3D成像為研發人員提供了更為直觀的檢測結果，提高了電池的研發效率和性能。

其中，X射線顯微鏡技術如蔡司的Xradia Versa系列，可以實現電池內部的高分辨率3D無損成像，分辨電極顆粒與孔隙、隔膜與空氣等，可以大大簡化流程，節省時間。

▲ 電池內部高分辨率成像（掃描完整樣品 - 選擇感興趣區域 - 放大并進行高分辨率成像）來源：蔡司（使用蔡司 Xradia Versa 系列 X 射線顯微鏡測試）

在此基礎上，蔡司推出的4D微觀結構演化表征方法，可以獲得更多信息，提供更微小的細節特征。

當需要進一步高分辨率分析時，新一代聚焦離子束（FIB）技術成為。FIB結合SEM，允許樣品在納米級別進行精細加工和觀察。蔡司和賽默飛均已推出相關顯微鏡產品。

四、電池的原位測試和多技術關聯應用

一種檢測手段常常無法完全表征材料屬性。所以，行業將不同的測試設備協同應用，實現多手段的關聯，則可以在測試中得到多維度的信息，使結果更為直觀。

早期，多手段關聯的出發點，是以不同分辨率來觀察被測對象的需求。利用 CT→X 射線顯微鏡→ FIB-SEM，選定區域并逐級放大，就可以得到更為全面和jingque的信息，同時可以實現快速定位，使檢測更為高效。

▲ 正極材料的多尺度關聯分析 來源：蔡司（使用蔡司 Xradia Versa、Ultra、FIB-SEM 系列產品多尺度關聯測試）

為了實現原位多角度分析，如德國 WITec、捷克 Tescan、蔡司等推出了 RISE 系統，實現拉曼成像與 SEM 等技術的聯合應用，通過電池表面形貌（SEM）、元素分布（EDS）與電極材料分子組成信息（Raman 圖譜）結合。

材料測試通常伴隨制樣過程，由于 FIB-SEM 需要對同一個樣品進行多次制樣測試來構建 3D 圖像，采用常規制樣方法需要消耗很長時間。為解決這個問題，蔡司提出了一組非常巧妙的聯合方案。更多精彩內容，請查閱《纖毫畢現，追根溯源 – 探索電池高效生產 打造高品質電池的奧秘》白皮書。