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2019 年 5 月 6 日 - 9 日,第四屆全球锂電行業科學技術峰會暨第九屆華南锂電(國際)高層論壇(LBIS 2019)将在深圳機場凱悅(Regency)酒店舉行。

 

會議時間:2019 年 5 月 6 日 - 9 日
會議地點:深圳機場凱悅(Regency)酒店
飛納電鏡展位号:A02

 

會議期間,全球近百位锂電應用專家以及數 20 位全球能源科技的領軍人物将齊聚 LBIS 2019,共同商讨以下三個主議題:

(1) 展示和交流能源存儲科技(新材料、新工藝、新體系等)及其應用(EDV、ESS、3C等)的最新最前沿科技成果。

(2) 探讨當前全球電池産業、動力锂電等方面最為關鍵和重要的熱點話題(更高能量密度、高安全性、高質量, 低成本、政府補貼退坡等)。

(3) 探讨锂離子電池體系以外其他的新型能源體系(如固态電池、锂空電池、锂硫電池、超級電容器, 燃料電池等)及其應用。

 

飛納電鏡将攜台式掃描電鏡能譜一體機 Phenom ProX 出席 LBIS 2019,為大家帶來飛納電鏡在锂電池領域的最新解決方案。

 

锂電池

 

目前市面上常見的锂電池一般指的是锂離子電池。锂離子電池一般是使用锂合金金屬氧化物為正極材料、石墨為負極材料、使用非水電解質的電池。

 

電池内部采用螺旋繞制結構,用一種非常精細而滲透性很強的聚乙烯薄膜隔離材料在正、負極間間隔而成。正極包括由钴酸锂(或鎳钴錳酸锂、錳酸锂、磷酸亞鐵锂等)及鋁箔組成的電流收集極。負極由石墨化碳材料和銅箔組成的電流收集極組成。電池内充有有機電解質溶液。另外還裝有安全閥和 PTC 元件(部分圓柱式使用),以便電池在 不正常狀态及輸出短路時保護電池不受損壞。如圖 1 所示。

 

圖1 锂電池結構示意圖

 

掃描電鏡觀察锂電池材料

 

· 正極材料

 

锂電池正極顆粒的形貌控制,材料的均勻性,批次的一緻性關系到整個電池的性能與穩定性。

 

通過掃描電鏡可以對一次顆粒的晶體的優勢生長方向,晶粒大小、晶粒堆積方式進行有效表征,通過根據這些信息調整生産工藝,可以優化電化學活性/惰性界面的面積、應力釋放路徑、锂離子擴散路徑,從而提升電池的倍率性能、循環穩定性。

 

二次顆粒是一次顆粒相互融合堆積形成的顆粒。通過掃描電鏡觀察一次顆粒的堆積密度、二次顆粒的形貌、二次顆粒的大小及分布。通過下一步生産工藝優化,可以獲得最佳的材料加工性能、極片壓實密度,顆粒力學強度,從而提升電池的能量密度。

 

  

  

圖2 锂電池正極材料的微觀形貌

 

如圖 2 所示,展示了锂電池正極材料的微觀形貌,利用飛納電鏡景深大、 分辨率高的特點可以輕松獲取正極材料的直觀信息,如雜質含量(AIM 自動尋找)、表面形貌、 成分信息(EDS)等。

 

· 負極材料

 

锂電池負極材料的顆粒大小将會對材料的堆積産生直接的影響,進而影響到锂離子的嵌入,導緻電池性能衰退。顆粒的形狀,粒徑分布會影響漿料的流變特性。通過飛納台式掃描電鏡和顆粒統計分析軟件,可以對顆粒的大小,形狀,粒徑分布進行全方位的分析(圖3)。

 

  

圖3 飛納電鏡顆粒統計分析測量系統

 

  

圖4 石墨負極材料微觀形貌

 

· 電池隔膜

 

  

圖5 锂電池隔膜微觀形貌

 

根據制造工藝不同,隔膜表面的孔洞孔徑介于 30 至 200 nm 之間,因此放大倍數需要 2 萬-10 萬倍。隔膜在電子束下很容易受到損傷,需要使用低電壓成像。飛納場發射台式掃描電鏡可以滿足表征要求,對隔膜孔徑大小和孔洞均勻性實現有效表征,結合孔徑分析測量系統,可以對電池隔膜進一步分析,獲得孔徑的屬性參數,如孔徑尺寸、長軸短軸比等。

 

圖6 飛納電鏡孔徑分析測量系統

 

· 飛納電鏡手套箱

 

锂電池材料在檢測過程中,為了防止空氣與锂電池材料的相互反應,往往需要在惰性氣體環境下進行工作。氩(Ar)氣氣氛手套箱是最常用的隔絕空氣設備。飛納電鏡開創了掃描電鏡在氩(Ar)氣氣氛手套箱内進行正常工作的先例。

 

 

小巧輕便的飛納電鏡可以輕松放進手套箱狹小的空間中。掃描電鏡所有的操作都可以在手套箱内進行,樣品合成制備、制樣清理、觀察分析的全過程全部在手套箱中完成。

 

得益于飛納電鏡優秀的電路防護設計,電鏡即使放置在充滿氩氣這種易電離氣體環境的手套箱中也可以完全正常工作。

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