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离子研磨助力锂电池隔膜研究

2022-08-23
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随着电池工业的发展,符合绿色环保,可持续发展战略的锂电池已被广泛应用在了社会生产与生活的方方面面。从最初的手机,笔记本等电子产品到现在的电动车,汽车的应用,锂电池在新能源的开发与发展中发挥着不可替代的重要作用。


锂电池的结构组成

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锂电池主要由正极,负极,隔膜及电解液组成(如图),是一种可充电电池,主要通过正极材料中Li+的脱嵌与嵌入来完成充放电过程。充电时,Li+从正极脱嵌并经过电解质嵌入负极,放电时过程则相反。

在此过程中,隔膜是Li+往返移动的通道,除此之外,隔膜的另一重要作用是将电池的正负极分隔开来,以防正负极直接接触而造成短路。因此,隔膜是锂电池的关键内层组件,其性能直接影响电池的容量、循环以及安全性能等特性。性能优异的隔膜要保证有一定的孔隙率,且厚度均匀,并具有优越的力学性能,理化性能。

而这一系列性能的研究与开发离不开必要的表征手段。离子研磨可以在低温下,无机械应力,无热损伤的情况下加工得到隔膜的真实截面结构,是对隔膜截面进行研究的必要制样设备。下图即为采用日立离子研磨对隔膜进行截面加工,并通过日立冷场扫描电镜对加工后截面进行观察的结果。

观察结果

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离子研磨加工锂电池隔膜截面观察结果

1、样品

Celgard2325 三层(PPPEPP) 锂电池隔膜

2、仪器及条件

离子研磨: Arblade5000,加工温度:-80℃

扫描电镜:Regulus,电压:0.7kv, 信号:LA-BSE

如上图所示,离子研磨加工后可得到非常平整无损伤的隔膜截面,利用日立冷场扫描电镜低电压的性能优势,可以在0.7kv的低加速电压下,无需进行喷金等导电处理,采用Upper 探头直接进行低角度背散射信号的采集,可以有效避免荷电及电子束损伤问题,清晰地观察到锂电池隔膜截面各层真实形貌及循环后形成的堵塞物在隔膜中的分布情况。


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