鋰電池製程良率優化：桌上型 SEM 電池材料與缺陷分析方案

Willem Van Zyl 編著/勀傑科技團隊翻譯

鋰電池市場在電動車（EV）、智慧儲能系統（ESS）及綠能轉型的驅動下，需求正迎來爆發性成長。預估至 2030 年，全球鋰電池市場規模將翻三倍，達到約 1,160 億美元。

然而，隨著能量密度（Energy Density）與安全性要求的提升，「品質控制（Quality Control, QC）」與「製程良率」已成為電池大廠在市場脫穎而出的關鍵。任何微小的原材料瑕疵或製程污染，都可能導致電池壽命衰退，甚至引發嚴重的安全性問題。

為了協助研發與品管團隊突破瓶頸，Thermo Scientific™ Phenom XL 桌上型掃描式電子顯微鏡（Desktop SEM）應運而生。結合微米電腦斷層掃描（MicroCT）、雙束聚焦離子束電子顯微鏡（DualBeam FIB-SEM）及 X 光光電子能譜分析（XPS）等前沿技術，能為電池材料提供全方位的微觀結構剖析，全面優化鋰電池性能。

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一、電池原材料與加工材料的 QC 評估：精準掌控次微米顆粒

在鋰電池製程中，正負極材料（如鋰金屬氧化物、石墨、矽及硫系材料）的品質決定了電池的容量與循環穩定性。這類電極顆粒通常屬於次微米（Sub-micron）尺度，傳統檢測方式難以兼顧「高解析度」與「高吞吐量」。

1. 數分鐘內分析數千顆粒子，兼顧統計重現性

Phenom XL 採用六硼化鈰（CeB₆）電子槍作為電子源，能提供極高解析度的微觀形貌影像。搭配 SmartScan 自動化影像擷取功能與 ParticleMetric 顆粒分析軟體，製程工程師可在短短數分鐘內自動辨識、量測數千顆次微米顆粒的粒徑分布（Particle Size Distribution）與形貌特徵（Morphology）。

透過 Thermo Scientific™ Phenom XL 桌上型掃描式電子顯微鏡（SEM），搭配 SmartScan 自動化影像擷取功能及 ParticleMetric Software 粒子分析軟體，鋰電池製造商可在短短數分鐘內完成數千顆次微米（Sub-micron）顆粒的粒徑與形貌分析，快速取得高品質且具統計代表性的材料特性數據。

2. 供應商管理與製程最佳化的利器

透過 Phenom XL 的自動化統計數據，您可以：

快速評估與比較不同原材料供應商的批次品質差異。
精準監控不同製程條件對電極材料顆粒所造成的物理變化。
建立標準化、具高度重現性（Reproducibility）的品質控制流程。

二、製程缺陷與污染物檢測：直擊良率下滑的核心痛點

正極電極表面的微小缺陷或外來污染物（Contaminants），是導致電池性能猝死、甚至短路起火的隱形殺手。

1. 3D 形貌重建，追溯缺陷成因

在實際業界應用案例中，業界大廠利用 Phenom XL 桌上型 SEM 搭配 3D 三維重建軟體，不僅能清晰辨識正極電極中的異常區域（例如：局部孔隙率過高、正極顆粒發生扁平化（Flattening）與破裂（Fracture）等缺陷），還能精準定位缺陷深度，協助工程師追溯製程中的異常源頭。

使用 Thermo Scientific™ Phenom XL 桌上型掃描式電子顯微鏡（SEM），鋰電池製造商可輕鬆辨識正極電極中的異常區域（左圖），例如局部區域呈現較高孔隙率，以及「正極顆粒發生扁平化（Flattening）與破裂（Fracture）」等現象，這些皆可能是影響電池品質的重要缺陷徵兆。

2. SEM 形貌 + EDS 元素分析雙管齊下

Phenom XL 內建能量散射 X 光能譜儀（EDS）功能，可同步確認鎳（Ni）、鈷（Co）、錳（Mn）等三元關鍵元素在正極材料中的均勻分散性（Homogeneous Distribution）。

透過「微觀形貌觀測」與「元素成份分析」的完美結合，品管團隊能在製造早期階段即時攔截材料缺陷，避免不良品流入封裝階段，大幅提升產品製程良率與可靠度。

檢測項目	Phenom XL 解決方案	對鋰電池製造的效益
原材料顆粒評估	SmartScan + ParticleMetric 軟體	自動化統計粒徑與形貌，把關供應商材料品質
電極表面缺陷	3D 三維重建功能	辨識孔隙、顆粒破裂與扁平化，追溯製程異常
材料成份均勻度	內建 EDS 元素分析	確保 Ni、Co、Mn 均勻分佈，提升電池穩定性