2018 Nature會議丨SEM+Raman、FIB-SEM+TOF-SIMS技術在鋰電池行業...

2020-11-25 儀器信息網


TESCAN微分析綜合解決方案，實現了原位二維、三維的高分辨形貌結構觀測、微量輕元素分析和化學結構分析等多種分析功能的一體化，是鋰電池行業微分析檢測的優異工具。

眾所周知，在電池技術領域，電池容量和充電速度一直都是亙古不變的話題，放眼全球電子設備市場，已經問世多年的鋰電池依舊是這一領域的絕對霸主。鋰離子電池的概念從1970年被美國的M.S. Whittingham教授首先提出，到1985年被開發成功，再到1991年Sony公司商業化生產到現在，總共經歷了40多年時間，雖然電池技術始終沒有取得突破性進展，但仍然會湧現出各種新電池材料以及對現有的各種電極材料進行改性的新型材料，而這些新材料的湧現，也給這一領域不斷帶來一些小驚喜。

當然，電池的微觀分析檢測技術也在不斷的發展和創新，TESCAN鋰離子電池微分析綜合解決方案，在傳統的利用掃描電子顯微鏡進行微觀形貌的觀測基礎上，引入了創新的掃描電鏡-拉曼一體化技術(SEM-Raman) 以及聚焦離子束雙束掃描電鏡-飛行時間二次離子質譜一體化技術(FIB-SEM-TOF-SIMS)，實現了原位二維、三維的高分辨形貌結構觀測、微量輕元素分析和化學結構分析等，是鋰電池行業微分析檢測的優異工具。



 鋰離子電池結構

鋰電池以含鋰的化合物作正極， 如鈷酸鋰(LiCoO2)、錳酸鋰(LiMn2O4)或磷酸鐵鋰(LiFePO4)等二元或三元材料；負極採用鋰-碳層間化合物，主要有石墨、軟碳、硬碳、鈦酸鋰等；電解質由溶解在有機碳酸鹽中的鋰鹽組成；聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)微孔膜作為隔膜位於電池內部正負極之間，保證鋰離子通過的同時，阻礙電子傳輸，目前主要有單層PE、單層PP、3層PP/PE/PP複合膜。



形貌觀測 (SEM/FIB-SEM)



元素分析 (FIB-SEM-TOF-SIMS)


由於鋰元素是輕元素，含量低，常用的EDS分析無法解決這一難題，而FIB-SEM-TOF-SIMS可以很好地解決這一難題。

傳統的電鏡+能譜分析方法，檢測不出鋰元素


FIB-SEM-TOF-SIMS一體化技術，檢出限低至ppm，輕鬆檢測Li元素


充放電前(左)和15次充放電後(右)鋰離子的分布圖


15次充放電前後電極活性粒子(左)、孔隙度與炭黑以及其他非活性物質(中間)以及相之間的界面(右) 三維重構



物象分析 (SEM-Raman)


電鏡-共聚焦拉曼一體化系統RISE可以識別碳材料、金屬氧化物、高分子聚合物、電解質中的材料，並確認晶體種類和結晶度，以及識別固態、液態和氣態。

石墨烯電極是負極材料的最新發展。石墨烯相對於石墨，儲鋰空間多，可以提高電池的能量密度，並且石墨烯顆粒尺度為微納米量級，鋰離子的擴散路徑短，有利於提高電池的功率性能，此外石墨烯電極還有助於提高電池的倍率性能和安全性。

SEM-Raman圖像，紅色反映了高質量石墨烯的分布


拉曼譜帶的峰高、峰寬和比例反映了同種材料的結晶度差異。電鏡-拉曼一體化系統也可以原位檢測鋰離子在充放電過程中嵌入與脫出造成的碳材料晶體結構和結晶度變化。


科學與技術的碰撞，推動鋰電行業快速發展


2018年1月13-15日，由《自然》研究與南方科技大學聯合主辦的"2018 Nature Conference-材料電化學研究與應用大會"在深圳市華僑城洲際酒店盛大開幕，來自全球、在電化學能源領域頂尖的科學家、工程師以及工業界領袖匯聚一堂，探討了目前在實現電化學能源轉換和儲存技術突破方面的最新進展，以及推動對可再充電電池、燃料電池和電催化系統等所面臨的挑戰。


2018Nature Conference大會開幕式現場

作為全球電子顯微鏡及聚焦離子束領域的技術領導者和創新者，TESCAN公司參加了此次大會，展示了TESCAN鋰離子電池微分析綜合解決方案的創新技術和應用，引起了很多學者的濃厚興趣，與TESCAN現場工作人員進行了深入的溝通與交流。同期，TESCAN也舉辦了豐富多彩的現場抽獎活動，吸引參會觀眾踴躍參與。

TESCAN展颱風採掠影


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