固态电池材料分析的利器：激光诱导击穿光谱技术

随着全球电动汽车及储能市场的快速增长，提升锂电池的能量密度与良品率已成为行业的核心诉求。锂电池电极及其原材料的化学组分均匀性、杂质分布及锂化过程控制，直接决定了电池的电化学性能与安全性。激光诱导击穿光谱技术（LIBS: laser-induced breakdown spectroscopy）作为一种基于脉冲激光的原子发射光谱分析手段，凭借其对低原子序数元素（如：Li、H、C等）的高灵敏探测能力，在电池材料分析方面展现出显著的技术优势。

LIBS利用高能激光脉冲聚焦于样品表面，产生瞬时高温等离子体，通过分析等离子体发射的特征光谱，即可快速识别样品中的元素种类与含量。其具有样品制备简单、多元素同时检测、响应快速、适用于在线、原位测量等优势，在多个领域展现出重要应用潜力。过去十年，中国LIBS研究在基础机理、仪器系统、数据处理、应用部署方面取得长足进展，已展现出从单纯的参数优化和方法比较到横跨激光与物质相互作用、瞬态等离子体物理、光谱学、化学计量学与工程系统集成的综合探索的倾向。

LIBS技术的基本原理示意图

LIBS在锂电池生产中的潜在应用

在原材料端，LIBS可实现对正负极活性材料（如NMC、LFP、石墨等）的主成分及微量金属污染的高效检测。

在电极制造环节，通过多脉冲累加的纵深探测及快速激光扫描成像，LIBS能够实现对厚电极中活性物质、导电剂及粘合剂（如PVDF、CMC）的三维空间分布表征，有效监控烘干过程中的粘合剂迁移及电极锂化过程的均匀性。

此外，相较于传统的SEM或XPS，LIBS具备秒级响应、无需复杂样制备以及百纳米级纵向分辨率等特点，为不合格电极的失效分析及产线在线质量监控（QC）提供了可靠的技术方案。将LIBS技术整合至生产工艺中，能有效缩短研发周期并提升电池生产的良品率。

LIBS在固态电池中的应用

据了解，非薄膜型晶态氧化物电解质是固态电池中最重要的无机固态电解质之一，包含了LLZO、LATP、LLTO等当前的热门材料。由于电解质与电极接触差，界面阻抗大，必须向LLZO中添加少量铝才能大大加速烧结过程中的致密化。但铝的加入也会导致新的杂质相、化学成分的变化以及元素在表面、晶界和LLZO球团中的分布梯度。由于杂质含量和分布模式较低，传统的X射线衍射方法很难检测到杂质，但它们仍可能对电化学性能产生很大影响。

LIBS可以检测金属杂质，识别金属物种元素含量，剔除杂质，避免锂电池因为杂质影响性能。其可以在封装好的固态锂离子电池不同位置进行深度剖析，根据元素在深度方向的浓度的变化，可以在提高产品稳定性和产量的同时，监控工艺变化对关键化学组分的影响；亦可了解不同锂离子电池组件在多次充电循环或制造过程中漂移后可能产生的化学变化。

中国粉体网将于2026年9月10-11日在湖南·长沙举办第八届高比能固态电池关键材料技术大会，依托对粉体合成、改性、装备及电池制造全链条的深刻理解，聚焦固态电解质粉体及先进正负极材料规模化制备、界面包覆改性、干法电极工艺及核心装备等产业化痛点。届时，中国海洋大学副教授卢渊将作题为《激光诱导击穿光谱技术在锂电池电极元素分析中的应用潜力》的报告。

专家简介：卢渊，理学博士，现为中国海洋大学副教授，硕士生导师。美国劳伦斯伯克利国家实验室（LBNL）联合培养博士、亚洲LIBS学会青年委员、中国光学工程学会LIBS专业委员会常委、中国仪器仪表学会分析仪器分会光谱仪器专家委员会委员、中国光学工程学会光谱技术及应用专委会委员、中国科学院海洋所创新团队成员。长期从事激光光谱技术的应用及开发研究，目前致力于显微光谱检测方向研究。先后主持过包括国家自然科学基金、国家重点研发计划、山东省自然科学基金等在内的多项课题研究，以第一作者或唯一通讯作者发表SCI文章20余篇，授权发明专利10余项，荣获2022年山东省科学技术进步奖（第4位）、2023年度青岛市科学技术进步奖（第4位）、2023年度青岛市分析测试学会科学技术青年奖（第1位）。

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