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2019 年 5 月 6 日 - 9 日,第四届全球锂电行业科学技术峰会暨第九届华南锂电(国际)高层论坛(LBIS 2019)将在深圳机场凯悦(Regency)酒店举行。

 

会议时间:2019 年 5 月 6 日 - 9 日
会议地点:深圳机场凯悦(Regency)酒店
飞纳电镜展位号:A02

 

会议期间,全球近百位锂电应用专家以及数 20 位全球能源科技的领军人物将齐聚 LBIS 2019,共同商讨以下三个主议题:

(1) 展示和交流能源存储科技(新材料、新工艺、新体系等)及其应用(EDV、ESS、3C等)的最新最前沿科技成果。

(2) 探讨当前全球电池产业、动力锂电等方面最为关键和重要的热点话题(更高能量密度、高安全性、高质量, 低成本、政府补贴退坡等)。

(3) 探讨锂离子电池体系以外其他的新型能源体系(如固态电池、锂空电池、锂硫电池、超级电容器, 燃料电池等)及其应用。

 

飞纳电镜将携台式扫描电镜能谱一体机 Phenom ProX 出席 LBIS 2019,为大家带来飞纳电镜在锂电池领域的最新解决方案。

 

锂电池

 

目前市面上常见的锂电池一般指的是锂离子电池。锂离子电池一般是使用锂合金金属氧化物为正极材料、石墨为负极材料、使用非水电解质的电池。

 

电池内部采用螺旋绕制结构,用一种非常精细而渗透性很强的聚乙烯薄膜隔离材料在正、负极间间隔而成。正极包括由钴酸锂(或镍钴锰酸锂、锰酸锂、磷酸亚铁锂等)及铝箔组成的电流收集极。负极由石墨化碳材料和铜箔组成的电流收集极组成。电池内充有有机电解质溶液。另外还装有安全阀和 PTC 元件(部分圆柱式使用),以便电池在 不正常状态及输出短路时保护电池不受损坏。如图 1 所示。

 

图1 锂电池结构示意图

 

扫描电镜观察锂电池材料

 

· 正极材料

 

锂电池正极颗粒的形貌控制,材料的均匀性,批次的一致性关系到整个电池的性能与稳定性。

 

通过扫描电镜可以对一次颗粒的晶体的优势生长方向,晶粒大小、晶粒堆积方式进行有效表征,通过根据这些信息调整生产工艺,可以优化电化学活性/惰性界面的面积、应力释放路径、锂离子扩散路径,从而提升电池的倍率性能、循环稳定性。

 

二次颗粒是一次颗粒相互融合堆积形成的颗粒。通过扫描电镜观察一次颗粒的堆积密度、二次颗粒的形貌、二次颗粒的大小及分布。通过下一步生产工艺优化,可以获得最佳的材料加工性能、极片压实密度,颗粒力学强度,从而提升电池的能量密度。

 

  

  

图2 锂电池正极材料的微观形貌

 

如图 2 所示,展示了锂电池正极材料的微观形貌,利用飞纳电镜景深大、 分辨率高的特点可以轻松获取正极材料的直观信息,如杂质含量(AIM 自动寻找)、表面形貌、 成分信息(EDS)等。

 

· 负极材料

 

锂电池负极材料的颗粒大小将会对材料的堆积产生直接的影响,进而影响到锂离子的嵌入,导致电池性能衰退。颗粒的形状,粒径分布会影响浆料的流变特性。通过飞纳台式扫描电镜和颗粒统计分析软件,可以对颗粒的大小,形状,粒径分布进行全方位的分析(图3)。

 

  

图3 飞纳电镜颗粒统计分析测量系统

 

  

图4 石墨负极材料微观形貌

 

· 电池隔膜

 

  

图5 锂电池隔膜微观形貌

 

根据制造工艺不同,隔膜表面的孔洞孔径介于 30 至 200 nm 之间,因此放大倍数需要 2 万-10 万倍。隔膜在电子束下很容易受到损伤,需要使用低电压成像。飞纳场发射台式扫描电镜可以满足表征要求,对隔膜孔径大小和孔洞均匀性实现有效表征,结合孔径分析测量系统,可以对电池隔膜进一步分析,获得孔径的属性参数,如孔径尺寸、长轴短轴比等。

 

图6 飞纳电镜孔径分析测量系统

 

· 飞纳电镜手套箱

 

锂电池材料在检测过程中,为了防止空气与锂电池材料的相互反应,往往需要在惰性气体环境下进行工作。氩(Ar)气气氛手套箱是最常用的隔绝空气设备。飞纳电镜开创了扫描电镜在氩(Ar)气气氛手套箱内进行正常工作的先例。

 

 

小巧轻便的飞纳电镜可以轻松放进手套箱狭小的空间中。扫描电镜所有的操作都可以在手套箱内进行,样品合成制备、制样清理、观察分析的全过程全部在手套箱中完成。

 

得益于飞纳电镜优秀的电路防护设计,电镜即使放置在充满氩气这种易电离气体环境的手套箱中也可以完全正常工作。

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