掃描電鏡在鋰電池領域的應用（上）
鋰電池市場的需求主要來自電子產(chǎn)品市場和電 動汽車市場。近年來，我國在手機、電腦等電 子產(chǎn)品方面的產(chǎn)量逐年增多。我國的智能手機、平板電腦和移動電源等便攜式消費電子行業(yè)的發(fā)展非常迅速，導致對小型鋰離子電池的需求也隨之穩(wěn)步增長。此外，新能源汽車相繼進入市場，國家也通過了許多相關的政策來支持新能源汽車的發(fā)展，大型鋰離子電池的市場需求也在不斷增加。我國鋰離子電池行業(yè)在處于高發(fā)展階段。
飛納臺式掃描電鏡可以快速提供鋰電池樣品準確和完整的信息，從而幫助鋰電制造商進一步優(yōu)化他們的生產(chǎn)過程。
飛納電鏡在鋰電池領域的應用案例
1. 前驅(qū)體與三元材料 SEM 表征
掃描電鏡是前驅(qū)體或三元材料的生產(chǎn)、工藝研發(fā)或材料檢驗的重要分析工具。三元材料的粒徑，粒度分布（均一性）、球型度、比表面積直接影響鋰電 池的電化學性能。而三元材料的形貌特征主要繼承自前驅(qū)體的形貌特征。
上圖分別為前驅(qū)體材料與其燒結(jié)而成的三元材料掃描電鏡（SEM）圖，此案例展現(xiàn)了良好的形貌特征繼承性并體現(xiàn)了適當?shù)牧６确植�。另外，利用飛納臺式掃描電鏡可以觀測電池粉體顆粒的完整性，是否出現(xiàn)裂紋。通過飛納電鏡集成的能譜儀可以分析是否混入異物，并判斷異物成分。
2. 全自動粒度分析
三元材料及磷酸鐵鋰材料的粒度對最終性能有著重要影響。粒度分布太窄或太寬都會降低材料的壓實密度。適當?shù)牧椒植紩ㄟ^小顆粒填補大顆粒空位提高振實密度；但過寬的粒徑分布會引起漿料分層，影響振實密度，另外大小顆粒間不同程度的過充和過放現(xiàn)象，會容易造成電池循環(huán)壽命下降。
Phenom ParticleMetric 鋰電顆粒測量系統(tǒng)可對設定區(qū)域進行自動圖像采集與自動識別，并對顆粒粒徑進行自動測量，并以報告形式輸出柱狀分布圖等結(jié)果。
3. 全自動粒形分析
鋰電池材料的球形度直接影響材料的流動性及振實密度，Phenom ParticleMetric 可以對寬高比，圓度等粒形指標進行全自動表征。
上圖顯示了 A、B 兩組不同電池顆粒的寬高比表征結(jié)果，寬高比越接近 1 則表示顆粒越接近圓形，寬高比越接近 0 則表示顆粒越接近針狀。
4. 一次顆粒粒度分析
一次顆粒也稱初次顆粒，正極材料的一次顆粒粒度在鋰離子的擴散作用中起著重要影響，并最終會影響電池的關鍵性能參數(shù)，如離子傳輸速率和電池充電時間。另外，一次顆粒的粒度會對電池充放電循環(huán)期間晶間裂紋的萌生造成影響。傳統(tǒng) XRD Rietveld 精修法可獲得電池顆粒的微晶尺寸，但微晶尺寸往往不代表一次顆粒尺寸，通過激光衍射或其他成像等技術對粒度的物理測量給出的則是二次團聚體的尺寸，而不是一次顆粒的尺寸。而 Phenom ParticleMetric 是目前唯一的可對一次顆粒進行分析的商業(yè)化軟件系統(tǒng)。
下圖為電池顆粒進行一次顆粒粒度分析結(jié)果，其中可見一次顆粒粒徑平均值為 1.1 μm，D50 為 1.09 μm。
5. 高通量電池顆粒截面加工觀察
通過截面加工，可以將電池顆粒“切開”，觀察電池顆粒內(nèi)部，以評估結(jié)晶情況，內(nèi)部孔洞，裂紋。
FIB 是截面加工的重要方式，具有加工點位靈活的優(yōu)勢，缺點則是無法對大面積進行加工；而 Ar 離子研磨儀 Ion Milling 則可以輕松實現(xiàn)大面積的截面加工（點擊查看詳情🔎）。
大面積加工后的斷面可以一次性“切開”上千顆電池顆粒，適合高通量分析和均勻性評估。也適合雜質(zhì)查找。
晶粒大，孔洞多 晶粒小，孔洞少
致密，孔洞少 晶間裂紋
在下一章節(jié)中，我們將圍繞電池顆粒包覆改性研究，極片截面分析和極片異物分析等方面介紹飛納臺式掃描電鏡的應用，提供相應的解決方案。
若想了解更詳細的信息歡迎關注下方飛納電鏡微信公眾號聯(lián)系我們獲取資料：
