小至手機(jī)和運(yùn)動(dòng)手環(huán)，大至各種電動(dòng)汽車，鋰離子電池都是其中的關(guān)鍵能源供給裝置。鋰離子電池重量輕，能量密度大，循環(huán)使用壽命長，且不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。得益于鋰離子電池的廣泛應(yīng)用，鋰也被譽(yù)為“21世紀(jì)的能源金屬”。

#鋰離子電池工作原理#

鋰離子電池通常由正極材料、負(fù)極材料、隔離膜和電解液四部分組成。電極極片的制造工藝由三個(gè)環(huán)節(jié)組成：一是將特定比例的活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑和溶劑充分混合，制作成電極負(fù)載物；二是將上述電極負(fù)載物均勻涂敷在集流體上，正極的集流體一般為鋁箔，負(fù)極的集流體則一般為銅箔；最后采用干燥、碾壓和裁分方法得到不同大小的電極極片。

圖1.鋰離子電池組成部分

鋰離子電池在充放電工作時(shí)，鋰離子以電解液為介質(zhì)在正負(fù)極之間來回運(yùn)動(dòng)。為了防止電池正負(fù)極通過電解液發(fā)生短路，需要用隔膜將二者分隔。

圖2.鋰離子電池工作示意圖

#電極表面粗糙度的影響#

2016年三星電子Galaxy Note7手機(jī)在全球范圍內(nèi)發(fā)生上百起爆炸、燃燒事故，之后的調(diào)查報(bào)告證實(shí)了發(fā)生事故的原因?yàn)殡姵氐脑O(shè)計(jì)和制造出現(xiàn)問題。分析認(rèn)為，Note7手機(jī)電池爆炸的原因是正負(fù)極材料刺穿薄膜，而三星SDI為了提升電池的能量密度和手機(jī)續(xù)航時(shí)間，將隔膜變薄，從而為正負(fù)極材料留出更多空間。越薄的隔膜對(duì)工藝要求更嚴(yán)格，同時(shí)要要求正負(fù)極材料的粗糙度更低，粗糙度高的電極極片更容易刺穿薄的隔膜。

但這并不意味著電極極片的粗糙度越低越好。粗糙度低的電極極片活化面積更小，電池的反應(yīng)速率更慢，適當(dāng)提升電極表面粗糙度有助于增加活化面積，從而提升電池的反應(yīng)速率。但過高的表面粗糙度的極片容易刺穿隔膜，引起短路和爆炸事故。

因此，為了兼顧鋰離子電池的使用安全和充放電效率，電極表面粗糙度不宜過高或過低，應(yīng)設(shè)置為一個(gè)合理的粗糙度區(qū)間。

#FocalStation?光譜共焦測(cè)量方案#

鋰離子電池電極表面的粗糙度指數(shù)Ra通常為幾個(gè)微米，使用FocalStation?光譜共焦測(cè)量系統(tǒng)對(duì)電極表面進(jìn)行自動(dòng)化掃描，在幾分鐘之內(nèi)就可獲得電極表面的微觀三維形貌數(shù)據(jù)。利用分析軟件的粗糙度分析功能即可導(dǎo)出包含Ra/Rz等多項(xiàng)粗糙度指數(shù)的測(cè)量報(bào)告。

圖3.電極表面粗糙度測(cè)量3D視圖

圖4.電極表面粗糙度測(cè)量2D視圖