鋰離子電池中石墨的掃描電鏡分析
瀏覽次數(shù):1529 發(fā)布日期:2022-5-17
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鋰離子電池生產(chǎn)
過(guò)去的三十年,鋰離子電池已經(jīng)徹底改變了能源行業(yè),與鎳鎘電池相比,鋰離子電池重量更輕,充電時(shí)間短,并且在極端條件下具有更好的性能。鋰離子電池的一個(gè)關(guān)鍵組成是石墨,這是電池電極的中陽(yáng)極的主要材料。
當(dāng)電池充電時(shí),鋰離子通過(guò)電解液從陰極流向陽(yáng)極。然后,當(dāng)電池放電時(shí),此過(guò)程被逆轉(zhuǎn)。電池陰極可以使用多種材料,但石墨是大多數(shù)陽(yáng)極的首選材料,這要?dú)w功于其存量豐富,低沉本和長(zhǎng)循環(huán)壽命。循環(huán)壽命是指電池能經(jīng)受的充電與放電循環(huán)次數(shù),反映了電池的工作時(shí)間長(zhǎng)短。
為什么石墨用于電池?
隨著全球各行各業(yè)致力于創(chuàng)造性能更強(qiáng)的鋰離子電池,為電動(dòng)汽車(chē)甚至電網(wǎng)規(guī)模的儲(chǔ)能站等各種設(shè)備供電,石墨發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。通常需要將天然片狀石墨轉(zhuǎn)化為球形后使用,或者通過(guò)生產(chǎn)管控得到質(zhì)量一致的合成石墨,高質(zhì)量的合成石墨的生產(chǎn)需要 3000°C 的溫度。
優(yōu)化石墨的形態(tài)使研究人員能夠創(chuàng)造出具有更高倍率性能、能量密度和首效、更長(zhǎng)的循環(huán)壽命和更好安全性能的陽(yáng)極。球形石墨顆粒可以有效填充,有利于提高整體導(dǎo)電性。使用掃描電子顯微鏡(SEM),研究人員可以直觀(guān)地研究顆粒的形態(tài),而光學(xué)顯微鏡在觀(guān)察石墨等黑色粉末時(shí)很難使用。與光學(xué)顯微鏡相比,掃描電子顯微鏡還具有更高的分辨率。
鋰離子電池用石墨的掃描電鏡分析
研究人員通常缺乏內(nèi)部設(shè)備和相關(guān)經(jīng)驗(yàn),會(huì)將樣品送到有大型落地電鏡的分析實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析。這些落地電鏡需要專(zhuān)人操作,而外包這些分析會(huì)延遲結(jié)果。

使用飛納臺(tái)式掃描電鏡大樣品室卓越版 Phenom XL 拍攝的石墨顆粒圖像。左上圖是天然石墨。其他圖像是五種不同的處理方法的合成石墨,目的是找到最接近球形天然石墨形態(tài)的材料。
通過(guò)使用 Phenom XL 的專(zhuān)用自動(dòng)掃描軟件,研究人員可以顯著縮短這些實(shí)驗(yàn)的時(shí)間。Phenom XL 讓研究人員經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單培訓(xùn)后即可親自進(jìn)行分析。
使用專(zhuān)用的自動(dòng)掃描軟件,Phenom XL 一次可以自動(dòng)測(cè)試 36 個(gè)樣本,在 30 分鐘內(nèi)生成超過(guò) 200 張圖像。該軟件使用簡(jiǎn)單,用戶(hù)只需輸入樣品數(shù)量以及放大倍率,完成此操作后,圖像采集可以在無(wú)人值守的夜間完成,從而大大縮短了分析時(shí)間,同時(shí)消除了不同操作員導(dǎo)致的圖像質(zhì)量變化。
Phenom XL 可以生成 8 nm 分辨率的圖像,這對(duì) 20μm 石墨顆粒而言是成像分析的理想儀器。此外,直觀(guān)的用戶(hù)界面減少了培訓(xùn)要求,使更多的用戶(hù)參與使用。
當(dāng)下全球的研究員致力于改進(jìn)鋰離子電池陽(yáng)極的石墨,而具有專(zhuān)用自動(dòng)掃描軟件的 Phenom XL 臺(tái)式掃描電鏡可以自動(dòng)執(zhí)行測(cè)試中的重復(fù)工作。由于能夠在部門(mén)內(nèi)快速準(zhǔn)確地表征這些樣品,用戶(hù)們可以加快研發(fā)過(guò)程,以設(shè)計(jì)更安全、更強(qiáng)大和更持久的鋰離子電池。