鋰離子電池 "
鋰離子電池是一種二次電池,，主要依靠鋰離子在正極和負極之間移動來工作。在充放電過程中,，鋰離子穿過隔膜在兩個電極之間往返嵌入和脫嵌,，鋰離子能量的存儲和釋放通過電極材料的氧化還原反應(yīng)實現(xiàn)。
鋰離子電池主要由正極材料,、隔膜,、負極材料、電解液和其他材料組成,。其中,，隔膜在鋰離子電池中起到阻止正負極直接接觸的作用，并允許電解液中的鋰離子自由通過,，提供鋰離子傳輸?shù)奈⒖淄ǖ馈?/span>
鋰離子電池隔膜的孔徑尺寸,、多孔程度、分布均一性,、厚度直接影響電解液的擴散速率和安全性,，對電池的性能有很大影響。如果隔膜的孔徑太小,，鋰離子的透過性受限,，影響電池中鋰離子的傳輸性能，使得電池內(nèi)阻增大,；如果孔徑太大,，鋰枝晶的生長可能會刺穿隔膜，造成短路或爆炸等事故[1],。
場發(fā)射掃描電鏡在鋰電隔膜檢測中的應(yīng)用 "
使用掃描電鏡可以觀察隔膜的孔徑尺寸和分布均勻性,，還可以對多層和有涂覆隔膜的截面進行觀察，測量隔膜厚度,。傳統(tǒng)的商業(yè)化隔膜材料多為聚烯烴材料所制備的微孔膜,，包括聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）單層膜及PP/PE/PP三層復(fù)合膜,。聚烯烴類的高分子材料絕緣不導(dǎo)電,，并且對電子束非常敏感，高壓下觀察會導(dǎo)致荷電效應(yīng),，高分子隔膜的精細結(jié)構(gòu)也會被電子束損傷,。國儀量子自主研發(fā)的SEM5000型場發(fā)射掃描電鏡，具備低壓高分辨的能力,，可以在低壓下直接觀察隔膜表面的精細結(jié)構(gòu),，并且不會對隔膜產(chǎn)生損傷,。
隔膜的制備工藝主要分為干法和濕法兩類[2]。干法即熔融拉伸法,，包括單向拉伸工藝和雙向拉伸工藝,，工藝過程簡單，制造成本低,，是鋰離子電池隔膜生產(chǎn)的常用方法,。干法制備的隔膜具有扁長狀微孔（圖1），但制備的隔膜較厚,，且微孔均勻性差,、孔徑和孔隙率較難控制，組裝后的電池能量密度低,，主要應(yīng)用于中低端鋰離子電池,。
圖1 干法拉伸隔膜/0.5KV/Inlens
濕法即熱致相分離法，將聚合物與高沸點溶劑等混合熔融,，經(jīng)過降溫相分離,、拉伸、萃取干燥,、熱處理定型等工藝制得微孔膜,。與干法工藝相比較，濕法工藝穩(wěn)定可控,，制得的隔膜厚度薄,、力學強度高、孔徑分布均勻且相互貫穿（圖2）,。使用濕法工藝制得的隔膜雖然成本高于干法工藝,，但組裝后的電池能量密度高、充放電性能好,，多應(yīng)用于中高duan的鋰離子電池,。結(jié)合國儀量子自主研發(fā)的孔徑分析系統(tǒng)，可以對隔膜的孔徑,、孔隙率等特征進行快速自動化的分析（圖3）,。
圖2 濕法拉伸隔膜/1KV/Inlens
圖3 隔膜孔徑分析/1KV/Inlens
雖然聚烯烴類的隔膜廣泛應(yīng)用于鋰離子電池中，但受材料本身力學性能,、耐熱性及表面惰性的限制，單純的聚烯烴隔膜無法滿足鋰離子電池高安全性和高性能的要求,。為此,，需要對聚烯烴隔膜進行表面改性，以提高其力學性能,、耐熱性及與電解質(zhì)的親和力,。其中,，目前最常使用的方法就是對隔膜進行表面物理涂覆[3]。無機陶瓷材料（圖4）具有耐熱性好,、化學穩(wěn)定性高的特點,，并且表面的極性官能團有利于改善聚烯烴隔膜對電解液的浸潤性，故其常作為涂覆顆粒以增強隔膜的耐熱性和電化學性能,。圖5為經(jīng)無機陶瓷顆粒涂覆后隔膜的陶瓷面的表面形貌,。
圖4 氧化鋁陶瓷粉末/5KV/BSED
圖5 陶瓷涂覆隔膜/1KV/Inlens
場發(fā)射掃描電鏡SEM5000 "
SEM5000是一款分辨率高、功能豐富的場發(fā)射掃描電子顯微鏡,。先進的鏡筒設(shè)計,，高壓隧道技術(shù)（SuperTunnel）、低像差無漏磁物鏡設(shè)計,，實現(xiàn)了低電壓高分辨率成像,，同時磁性樣品可適用。光學導(dǎo)航,、完善的自動功能,、精心設(shè)計的人機交互，優(yōu)化的操作和使用流程,，無論經(jīng)驗是否豐富,，都可以快速上手，完成高分辨率拍攝任務(wù),。
參考資料
[1]陳莉,王艷杰,譚菁.無紡布隔膜用于鋰離子電池的研究進展[J].儲能科學與技術(shù),2020,9(03):784-790.
[2]文穎峰,葉昀昇,周興平,薛志剛,解孝林.鋰離子電池用聚合物隔膜研究進展[J].高分子材料科學與工程,2021,37(01):292-299.
[3]王振華,彭代沖,孫克寧.鋰離子電池隔膜材料研究進展[J].化工學報,2018,69(01):282-294.
*本文部分圖片來源攝圖網(wǎng),。
文 / 尹相斐
6
立即詢價
您提交后,，專屬客服將第一時間為您服務(wù)