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鋰離子電池中石墨的掃描電鏡分析

 更新時間:2022-05-18 點擊量:1937
鋰離子電池生產


過去的三十年,鋰離子電池已經*改變了能源行業,與鎳鎘電池相比,鋰離子電池重量更輕,充電時間短,并且在ji端條件下具有更好的性能。鋰離子電池的一個關鍵組成是石墨,這是電池電極的中陽極的主要材料。


當電池充電時,鋰離子通過電解液從陰極流向陽極。然后,當電池放電時,此過程被逆轉。電池陰極可以使用多種材料,但石墨是大多數陽極的材料,這要歸功于其存量豐富,低沉本和長循環壽命。循環壽命是指電池能經受的充電與放電循環次數,反映了電池的工作時間長短。

為什么石墨用于電池?


隨著各行各業致力于創造性能更強的鋰離子電池,為電動汽車甚至電網規模的儲能站等各種設備供電,石墨發揮著越來越重要的作用。通常需要將天然片狀石墨轉化為球形后使用,或者通過生產管控得到質量一致的合成石墨,高質量的合成石墨的生產需要 3000°C 的溫度。


優化石墨的形態使研究人員能夠創造出具有更高倍率性能、能量密度和首效、更長的循環壽命和更好安全性能的陽極。球形石墨顆粒可以有效填充,有利于提高整體導電性。使用掃描電子顯微鏡(SEM),研究人員可以直觀地研究顆粒的形態,而光學顯微鏡在觀察石墨等黑色粉末時很難使用。與光學顯微鏡相比,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部設備和相關經驗,會將樣品送到有大型落地電鏡的分析實驗室進行分析。這些落地電鏡需要專人操作,而外包這些分析會延遲結果。

 

圖片 1.png

 


使用飛納臺式掃描電鏡大樣品室版 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,目的是找到接近球形天然石墨形態的材料。

通過使用 Phenom XL 的專用自動掃描軟件,研究人員可以顯著縮短這些實驗的時間。Phenom XL 讓研究人員經過簡單培訓后即可親自進行分析。

使用專用的自動掃描軟件,Phenom XL 一次可以自動測試 36 個樣本,在 30 分鐘內生成超過 200 張圖像。該軟件使用簡單,用戶只需輸入樣品數量以及放大倍率,完成此操作后,圖像采集可以在無人值守的夜間完成,從而大大縮短了分析時間,同時消除了不同操作員導致的圖像質量變化。

Phenom XL 可以生成 8 nm 分辨率的圖像,這對 20μm 石墨顆粒而言是成像分析的理想儀器。此外,直觀的用戶界面減少了培訓要求,使更多的用戶參與使用。

當下研究員致力于改進鋰離子電池陽極的石墨,而具有專用自動掃描軟件的 Phenom XL 臺式掃描電鏡可以自動執行測試中的重復工作。由于能夠在部門內快速準確地表征這些樣品,用戶們可以加快研發過程,以設計更安全、更強大和更持久的鋰離子電池。

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