LAMPLAN 锂电池样品制备方案

应用背景

锂离子电池广泛应用于消费电子、电动工具、混合动力汽车及纯电动车等领域。随着电池能量密度和电池包结构复杂度提高，对电芯内部结构、壳体装配、极片层状结构以及连接焊点质量的分析需求也越来越高。

在锂电池样品制备中，金相截面分析可用于评估圆柱电芯卷绕结构、正极 / 负极 / 隔膜 / 集流体层状结构、外部金属壳体与盖帽结构，以及电池包连接焊点中的孔洞、裂纹和焊接穿透状态。

锂电池样品制备的关键不只是获得截面，而是要在保证安全的前提下，尽量减少水分反应、热影响、层状结构拖拽、焊点变形和边缘失真，使最终观察结果能够真实反映电芯和连接结构状态。

样品制备技术

切割取样

锂电池样品在切割前，必须确认电池已经完全放电，并确认没有残余标称电压。对于含有内部活性材料的圆柱电芯，切割过程应优先采用干切方式，避免冷却液进入电芯卷绕层，引起活性材料反应、腐蚀或污染。

在 LAMPLAN 方案中，切割阶段采用 CUTLAM micro 3.0 精密切割机。该设备适合圆柱电芯、金属外壳、盖帽区域和焊接连接区域的精密取样。通过样品夹持、封闭式切割腔和切割过程的智能控制，可以减少人工推进造成的切割偏移、端面扰动和卷绕层结构破坏。

对于含活性材料的电芯横截面，CUTLAM micro 3.0 可配合适用于非铁金属 / 复合结构的低损伤切割轮进行干切。对于外壳、盖帽和焊接端子等以金属材料为主的区域，可根据样品状态采用湿切，并选择金刚石精密切割轮或适合金属件的切割轮，以降低切割热影响和边缘变形。

镶嵌

锂电池样品可根据观察目标选择镶嵌或不镶嵌制备。对于电芯卷绕层整体观察，未镶嵌样品可通过夹具固定后进行干磨；对于外壳、盖帽、端子焊点和连接片区域，建议采用冷镶嵌方式获得边缘支撑。

在 LAMPLAN 方案中，镶嵌阶段建议使用低放热、低收缩冷镶嵌树脂，并配合真空浸渗设备，使树脂进入壳体边缘、焊点周边、连接片与基体之间的细小间隙。这样可以在后续研磨和抛光过程中支撑焊点边缘、裂纹轮廓和壳体界面，减少边缘塌陷和孔洞轮廓失真。

对于温度敏感的电芯结构，不建议采用热压镶嵌。冷镶嵌更适合端子焊点、尺寸检查和盖帽区域检查。

研磨与抛光

锂电池样品由金属箔、聚合物隔膜、压实粉体、活性材料层和金属壳体等多种材料组成，不同材料的去除速率差异明显。研磨过程需要在保持平面性的同时，避免层状结构拉扯、活性材料脱落和亚表面损伤。

LAMPLAN 方案将锂电池样品分为两类路线：第一类是含活性层的电芯卷绕结构，采用干磨路线；第二类是外壳、盖帽和焊接连接区域，可采用湿磨、抛光和终抛路线。

LAMPLAN砂纸在研磨中的作用
P600：建立初始平面，同时避免使用过粗砂纸造成卷绕层拉扯和活性材料脱落。

P1200：去除 P600 研磨痕迹，减少层间拖拽。

P2400：进一步细化表面，使正极、负极、隔膜和集流体层次更清楚。

P4000：显微观察前的精细修整，减少浅表磨痕和层状结构边界干扰。

SmartLAM 2.0在研磨阶段的作用

在电芯卷绕层湿磨过程中，Smartlam 2.0 的重点不是追求快速大量去除材料，而是通过平稳的输出扭矩、稳定的转盘运行状态和持续的水润滑，使研磨过程更容易控制。锂电池卷绕层由金属箔、隔膜、活性材料涂层和集流体组成，材料软硬差异明显，若转盘速度或接触状态不稳定，容易造成层间拖拽、局部过磨、活性材料脱落或目标面磨过。
配合定量研磨工具使用时，可以进一步控制每一步的材料去除量。工程师不再完全依赖手感判断，而是通过设定或控制研磨进给量，逐步接近目标观察面。这样既能减少一次性去除过多材料的风险，也能提高不同工程师之间的操作一致性。
因此，在该方案中，Smartlam 2.0 + 定量研磨工具的作用，是将电芯卷绕层的湿磨过程从“凭经验控制去除量”，转化为“低速、稳定、可控、可重复”的逐级研磨过程，从而减少层状结构扰动、目标面磨过和批次结果差异，为后续层状结构观察提供更稳定的截面基础。

磨盘转速

磨抛头转速

LAMPLAN 研磨/抛光耗材作用

LAMPLAN SiC P400 / P1200 用于外壳和焊点区域的平面建立与磨削损伤去除。P400 负责接近平面，P1200 负责细化前段磨痕，为后续抛光降低修正压力。

LAMPLAN 4FV3 + 1 μm 单晶金刚石抛光液用于主要抛光阶段。4FV3 的设计初衷是让金刚石自由磨料在布面上发挥稳定、可控的细切削作用，而不是依赖更粗粒径或更长时间去修正前段损伤。对于铜连接片、壳体金属、焊点和多材料界面，4FV3 可以减少拖拽、边缘抹平和孔洞轮廓失真。

LAMPLAN 4MP1 / 4MP2 + FINAL 0.05 μm 用于短时间化学 + 机械终抛。该步骤不承担大量材料去除任务，而是清理浅表细痕和轻微变形层，使壳体、焊点、集流体和层状界面更清楚，同时避免边缘圆化、裂纹轮廓被抛糊和焊点缺陷被弱化。

Masterlam 3.0 在抛光阶段的作用

在抛光阶段，Masterlam 3.0 可通过压力自动补偿功能，使样品在 4FV3 抛光和 4MP1 / 4MP2 终抛过程中保持更稳定的接触压力；同时配合自动滴液系统，使 1 μm 单晶金刚石抛光液和 FINAL 0.05 μm 在布面上分布更均匀。这样可以减少现场工程师反复补液、判断液量和调整压力的操作难度，提高连续制样的一致性。

显微分析

经过 LAMPLAN 设备与耗材制备后，样品可进入光学显微镜、图像分析系统或 SEM / EDS 进行观察与分析。

可观察内容包括圆柱电芯卷绕结构、正极 / 负极 / 隔膜 / 集流体层次、活性材料层厚度、外壳与盖帽装配结构、电池连接片与壳体焊点、点焊 / 超声焊 / 激光焊区域的孔洞、裂纹和焊接穿透深度，以及元素分布与材料组成。

方案总结

LAMPLAN 方案在锂电池样品制备中的价值，主要体现在切割控制、光固化镶嵌、卷绕层研磨稳定性、自动磨抛控制和抛光耗材匹配五个方面。

CUTLAM micro 3.0 用于锂电池电芯、外壳和焊接连接区域的精密切割。通过样品夹持、封闭式切割腔和切割过程的智能控制，设备可根据不同材料的切割负载变化自动调整进刀速度和切割轮转速，减少切割偏移、端面损伤、卷绕层扰动和焊接区域变形。

GP9040-L 光固化树脂 + 真空光固化设备 用于外壳、盖帽和焊接连接区域的镶嵌支撑。真空阶段帮助树脂进入壳体边缘、盖帽结构、焊点周边和连接片界面的细小间隙，减少气泡、未填充空隙和支撑不足；光固化阶段则缩短传统环氧镶嵌的等待时间，使样品更快进入后续研磨和抛光流程。对于焊接连接区域，9040-L 的作用不是单纯加快固化，而是在提高效率的同时，为焊点边缘、孔洞轮廓、裂纹边界和壳体界面提供稳定支撑。

对于圆柱电芯卷绕层整体截面，方案中加入 SMARTLAM 2.0 作为卷绕层研磨工具。该阶段的重点不是快速去除材料，而是在低速、稳定、可控的条件下逐步接近目标观察面。SMARTLAM 2.0 配合定量研磨工具，可帮助工程师控制每一步材料去除量，减少层间拖拽、局部过磨、目标面磨过以及不同人员手感差异造成的批次不一致。

Masterlam 3.0 主要用于外壳、盖帽和焊接连接区域的研磨与抛光。在研磨阶段，Masterlam 3.0 提供平稳输出扭矩，使研磨过程更容易控制；在抛光阶段，通过压力自动补偿和自动滴液系统，保障抛光压力和抛光液供给稳定，减少工程师反复补液、判断压力和调整状态的操作难度。

LAMPLAN SiC 砂纸、4FV3 抛光布、4MP1 抛光布、1 μm 单晶金刚石抛光液和 0.05 μm 氧化铝抛光液 分别承担逐级研磨、金刚石抛光和化学 + 机械终抛任务。通过这些设备与耗材组合，锂电池样品可以在减少层间拖拽、边缘圆化、焊点变形和界面失真的前提下，获得更稳定、更容易复制的截面观察结果。