最新到货扫描电镜——锂离子电池微观结构分析利器

北京嘉德利达科技有限公司

2022/09/22 15:48

随着国际形式的变化，成品油的价格终于在28日迎来了下调。虽然目前价格距离之前的6元时代还相差甚远，但也终究没有迈进十元大关。加之人们对能源和环境的日益重视，可持续的清洁能源发展成为了焦点，新能源汽车也如雨后春笋般不断涌现出来。相对于传统燃油汽车而言，续航能力更是决定了新能源汽车的性能和价格，新能源汽车如何才能拥有更强的续航能力呢？这就得从电池的类型和结构说起了。对于同类型电池而言，性能的优劣主要与电池内部正、负极及隔膜材料的微观结构控制有关，扫描电镜作为表征材料微观结构的重要设备，在电池的性能研究中起到了重要作用（下图为日立高分辨率钨灯丝扫描电镜FlexSEM 1000 II）。

图1 日立钨灯丝扫描电镜FlexSEM 1000 II

锂离子电池研究始于20世纪80年代末，主要由正极、负极、电解质和隔膜组成。纯电动汽车的电池主要为锂离子电池，正极活性材料的比表面积、颗粒形貌、粒径及粒径分布等指标会影响正极在电化学反应中性能的发挥。

正极中的活性材料颗粒半径可对Li+的脱嵌过程起到关键性的影响，粒子大小决定了电池内部的反应过程，也直接影响了电池的产热率及温度分布，从而可改变高功率电池的性能[1]。活性材料的颗粒半径越小，堆积密度也越大，单次放电容量越大，电池性能也就越好。因此颗粒形貌、粒径及粒径分布是影响电池性能的关键指标之一。以下为FlexSEM 1000 II 拍摄的电池正极材料：

图2 锂电池正极材料

负极是Li+脱嵌过程中的受体，负极的选材及特性对嵌锂电位、储锂、Li+脱嵌速率和电子传导有决定性的影响[1]。与正极材料相比,可选择的商业化锂离子电池负极材料种类较少，目前常用的碳材料主要分为天然石墨和人造石墨材料[2]。石墨本身具有耐高温、耐腐蚀、良好的导电性和导热性以及稳定的化学性能，因此广泛应用于锂离子电池的负极材料。若增大负极颗粒半径，颗粒实际比表面积减小,Li+在负极处的脱嵌速度降低，电芯内部电化学反应速率减缓，导致电池内阻变大，当对电池进行充电就会出现电压升高的现象。即负极颗粒半径对性能的影响与改变正极颗粒半径的情形相似[1]。以下为FlexSEM 1000 II 拍摄的石墨负极材料：

图3 石墨负极材料

隔膜的主要作用是使电池的正、负极分隔开来，防止两极接触而短路，此外还具有能使电解质离子通过的功能。一般采用高孔隙率、高透气度以及具有较好收缩性能的隔膜。隔膜的电化学稳定性、孔隙度、孔大小、隔膜渗透性都对高功率电池产生很大的影响。以下为FlexSEM 1000 II 拍摄的电池隔膜材料：

图4 锂电池隔膜材料

我公司新到日立FlexSEM 1000 II 钨灯丝扫描电镜。FlexSEM 1000 II与传统的钨灯丝扫描电镜相比外形更小巧，空间适应性更强。优异的防震设计，即使在高楼层也可以表现出良好的测试性能。同时搭载全新设计的电子枪、聚光镜、物镜系统使其具有高分辨电子光学系统；同时配备五轴优中心样品台，通过倾斜可以观察样品的侧面，获得多角度样品形貌信息；高效的自动化功能对新手特别友好，一键调节即可获得清晰照片。
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参考资料：

[1]张文佳，尹莲芳，鞋乐琼，张晓峰，王莉，何向明.影响高功率锂离子电池性能的因素.新材料产业，2022(326)，P62-64.

[2]吴英强，张宏生，王莉，何向明.第31届全国化学与物理电源学术年会评述-锂离子电池及关键材料.电池，2015（045）006，P312-315.

以下为日立电镜在锂离子电池行业部分典型用户：

1)宁德时代新能源科技股份有限公司 SU3900& Rugulus8230

2)理想汽车有限公司常州分公司 Rugulus8200

3)比亚迪股份有限公司 Rugulus8100

4)小鹏汽车 Rugulus8100

5)北京奔驰汽车有限公司 FlexSEM 1000

6)天津三星电子有限公司 NX5000&SU3800

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