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【干货】锂离子电池材料测试技术大梳理

2018-03-31 00:56
来源: 材料牛

锂电池作为新能源被广泛应用于电子产品和汽车。近年来,国家对新能源产业大力扶持,国内外许多相关的企业和研究所加大投入,不断研究新材料提高锂电池的各方面性能。而锂电材料及相关的全电池、半电池、电池组被投产应用之前需要经过一系列的检测。下面就由我总结一下锂电材料常用的几种测试手段。

最直观的结构观察:扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)

1.扫描电镜(SEM)

由于电池材料的观察尺度在亚微米即几百纳米到几微米的范围,普通光学显微镜无法满足观察的需求,而更高放大倍数的电子显微镜则经常被用来观察电池材料。

扫描电子显微镜(SEM)是1965年发明的较现代的细胞生物学研究工具,主要是利用二次电子信号成像来观察样品的表面形态,即用极狭窄的电子束去扫描样品,通过电子束与样品的相互作用产生各种效应,其中主要是样品的二次电子发射。扫描电子显微镜可以观察到锂电材料的粒径大小和均匀程度,以及纳米材料自身的特殊形貌,甚至通过观察材料在循环过程中发生的形变我们可以判断其对应的循环保持能力好坏。如图1b所示,二氧化钛纤维具有的特殊网状结构能提供良好的电化学性能。

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图1:(a)扫描电镜(SEM)的结构原理图;(b)SEM测试得到的图片(TiO2的纳米线)

1.1 SEM扫描电镜原理:

如图1a所示,SEM是利用电子束轰击样品表面,引起二次电子等信号的发射,主要利用SE并放大、传递SE所携带的信息,按时间序列逐点成像,显像管上成像。

1.2 扫描电镜的特点:

⑴ 图象立体感强、可观察一定厚度的样

⑵ 样品制备简单,可观察较大的样

⑶ 分辨率较高,30~40?

⑷ 倍率连续可变,从4倍~~15万

⑸ 可配附件,进行微区的定量、定性分析

1.3 观察对象:

粉末、颗粒、块状材料都可以测试,测试前除保持干燥外,不需要特殊处理。主要用于观察样品的表面形貌、割裂面结构、管腔内表面的结构等。可直观反应材料的粒径尺寸特殊结构及分布情况。

2.TEM透射电子显微镜

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图2:(a)TEM透射电镜的结构原理图;(b)TEM测试照片(Co3O4纳米片)

2.1 原理: 主要利用入射电子束穿过样品,产生携带样品横截面内部的电子信号,并经多级磁透镜的放大后成像于荧光板,整幅像同时成立。

2.2 特点:

⑴ 样品超薄,h<1000 ?

⑵ 二维平面像,立体感差

⑶ 分辨率高,优于2 ?

⑷ 样品制备复杂

2.3 观察对象:

在溶液中分散的纳米级材料,使用前需要滴在铜网上,提前制备并保持干燥。主要观察样品内部超微结构,HRTEM高分辨透射电镜可以观察到材料对应的晶格和晶面。如图2b所示,观察二维平面结构具有更好的效果,相对于SEM的立体感差,但可以具有更高的分辨率,观察到更细微的部分,,特殊的HRTEM甚至可以观察到材料的晶面和晶格等信息。

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