鋰電材料截面微觀分析

——離子束研磨

引言

伴隨著經(jīng)濟(jì)化進(jìn)程和化石燃料的大量使用，環(huán)境污染和能源短缺的問題日漸突出。為了減少化石燃料使用過程的污染，發(fā)展風(fēng)、光、電可持續(xù)再生能源及新型動(dòng)力電池和高效儲(chǔ)能系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)可再生能源的合理配置及電力調(diào)節(jié)，對(duì)于提高資源利用效率，解決能源危機(jī)和保護(hù)環(huán)境都具有戰(zhàn)略意義。

鋰離子電池具有比能量高、低自放電、循環(huán)性能好、無記憶效應(yīng)和綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，是目前發(fā)展前景的高效二次電池和發(fā)展的化學(xué)儲(chǔ)能電源。近年來，鋰離子電池在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用逐漸加強(qiáng)，火星著陸器、無人機(jī)、地球軌道飛行器、民航客機(jī)等航空航天器中，鋰離子電池的身影隨處可見。隨著節(jié)能環(huán)保、信息技術(shù)、新能源汽車及航空航天等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，科研工作者們亟需在材料創(chuàng)新的基礎(chǔ)上研發(fā)具有更高能力密度、更高安全性的高效鋰二次電池。

鋰電池材料的研究主要集中在正負(fù)極材料及隔膜材料的形貌、結(jié)構(gòu)、成分、電學(xué)特性等方面。例如，正負(fù)極材料中不同成分的分布和孔隙決定了鋰離子或者電子在電極中的遷移能力，隔膜材料中孔隙的大小和均勻性決定了載流子在正負(fù)極之間的遷移能力，電池充放電后電極及隔膜材料的成分變卦可以判斷出電解液的優(yōu)劣等等。

離子束研磨俗稱CP在鋰電池研究應(yīng)用及其廣泛，極片、粉末和隔膜的截面切割可以完美呈現(xiàn)出內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，從而幫助鋰電行業(yè)相關(guān)材料的研究及工藝的改進(jìn)。下面是我們采用徠卡三離子束切割分別對(duì)正負(fù)極，粉末，隔膜等常見的鋰電材料進(jìn)行切割處理后的電鏡圖片。

1. 負(fù)極材料

上圖是經(jīng)過離子束切割加工后得到的截面，電極中的顆粒沒有被破壞，清晰可見。如直接用刀片切割負(fù)極材料，內(nèi)部孔隙全被破壞。

二、粉末顆粒截面

同樣，正極材料中含有多種鋰的金屬化合物，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)也很復(fù)雜。上圖是通過離子束切割后觀察到的粉末內(nèi)的截面結(jié)構(gòu)。、

三、正極材料

四、隔膜材料

鋰電池隔膜材料通常為多孔的聚合物薄膜，易荷電且易損傷。下圖為離子束切割所做的隔膜截面。

結(jié)語

從上述的圖片可以看出，如果需要做電池材料的微觀結(jié)構(gòu)分析和判斷，必須要經(jīng)過離子束研磨的制樣方式才能得到。迄今為止，離子束研磨是鋰電微觀結(jié)構(gòu)分析見也是效的一種制備手段。