最新到货扫描电镜——锂离子电池微观结构分析利器

2022-10-18 11:02

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)。

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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:

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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:

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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

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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