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前 言
負極材料作為鋰離子的“棲息家園”，其潔凈度直接影響著整個電池體系的長效健康。在負極材料開發與生產鏈條中，微小的纖維異物看似微不足道，卻堪稱是電池后層級問題的“元兇”之一！ 它們如同潛伏在暗處的刺客，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？
在看似潔凈的生產環境中，纖維異物總能“見縫插針”，其來源主要可歸結為四大路徑：
1、原料帶入：天然石墨/人造石墨前驅體在礦石開采、破碎、運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/導電劑或碳納米管束在特定條件下可能以纖維狀形態存在，或在包裝、儲運中混入纖維污染物。2、隔膜材料 (如生產環境中擴散)：極少量隔膜切割產生的超細纖維，可能通過生產環境擴散到負極區（尤其在共線或鄰近區域）。
3、生產環境：潔凈室缺陷，例如高效過濾器（HEPA/ULPA）破損、密封不嚴、人員/物料進出管理不善，導致空氣中懸浮的衣物纖維（棉、滌綸）、毛發、無塵布/紙屑纖維進入工藝區。
4、人員操作：穿戴的無塵服、手套（尤其是棉質內襯手套或乳膠/丁腈手套磨損產生的微粒）是纖維釋放的主要源頭。當然設備磨損與接觸，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范操作，均可能引入纖維異物。
二、暗流涌動：纖維異物對電池后層級的“連鎖破壞”
微小的纖維，一旦侵入負極，將引發從物理結構到電化學性能的多維度破壞：
1、物理損傷與結構破壞→隔膜穿刺：尖銳的金屬纖維或硬質聚合物纖維極易刺穿薄如蟬翼的隔膜，造成內短路，成為電池熱失控的導火索。
2、破壞涂層均勻性：纖維阻礙漿料涂布，導致極片表面凸起、劃痕或厚度不均，影響鋰離子嵌入/脫出的均一性。
3、擾亂導電網絡：非導電纖維（棉、紙）嵌入電極內部，阻斷局部導電通路，導致內阻升高。
4、電化學性能劣化→異常析鋰：纖維阻擋區域，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致容量快速衰減，還可能析出鋰枝晶有刺穿隔膜的風險。
5、加速電解液分解：纖維的存在可能導致局部電場畸變或暴露新鮮活性表面，加劇界面副反應，消耗電解液，引發電池膨脹和阻抗（EIS）顯著上升。
6. 活性物質局部失活：纖維周圍活性物質脫離導電網絡成為“死區”，造成容量損失。
三、明察秋毫：纖維異物檢測的“圍捕戰”
面對如此微小的隱患，傳統檢測手段往往力不從心。行業內多采用更先進、更精準的“圍捕”策略：
1、光學顯微鏡 (OM)：基礎篩查手段。可觀察經萃取或制樣后的材料表面，識別較大纖維（>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/納米級纖維的形態，結合能譜分析 (EDS)，精準鎖定纖維成分（是聚酯、棉、金屬、還是異物聚合體）。
3、顯微拉曼光譜：對特定有機纖維（如PET滌綸、PP、尼龍）具有高度特異性識別能力，即使尺寸極小（~1μm），也能通過分子振動指紋“驗明正身”。
以上方法的精準測量均需要對原材料進行異物濃縮前處理，以減少背景的干擾，如表1為常見的負極分離方式對比表。
表1.分離富集方式對比表
在負極材料纖維異物檢測中，富集方式的選擇直接影響測定結果的準確性和可靠性。不同富集技術因分離原理和操作條件的差異，會對纖維回收率、形態完整性和成分穩定性產生顯著影響，當前的行業檢測中濾膜過濾富集為常見方式，但直徑<0.5 μm的超細纖維易穿透濾膜孔隙，導致漏檢 ；同時當前過濾富集的方式很容易殘留負極主體材料，檢測的有效性欠佳。為進一步提升纖維異物富集的有效性，行業內也在不斷優化創新，其中專利202411383897.0中提出了雙濾網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接中，異物前處理一直是行業專家老師關注的重點，這其中包含磁性異物、非磁性異物以及纖維異物，元能也推出了相關的解決方案，其中纖維異物部分更是結合當前實際應用的需求，開發了一款LSD系列纖維異物分離富集系統，是在離心原理基礎上做了創新型設計，可快速實現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，進一步交流）。
圖2.LSD系列創新型纖維異物分離富集系統
四、展望未來
在鋰電技術向著更高能量密度、更長循環壽命、絕對安全沖刺的征程中，任何一個細節的失控都可能成為絆腳石。負極材料中的纖維異物，正是這類需要我們研發和工藝工程師投入“顯微鏡般”關注的關鍵細節。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環節，才能從最細微處確保電池的高品質與真安全，托起產業創新與可持續發展的宏偉圖景。潔凈非小事，纖毫定成敗——這才是鋰電研發的工匠精神。
五、參考文獻
[1]莫武秋,王繼文,呂靜,等.人造石墨負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.鋰離子電池負極材料的管理[J].現代經濟信息, 2018(13):1.DOI:CNKI:SUN:XDJZ.0.2018-13-343.
關于元能
元能科技是一家專注于鋰離子電池檢測儀器研發與生產的高新技術企業，致力于為全球新能源領域提供領先的檢測解決方案與服務。
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