Applicazione del microscopio elettronico a scansione a emissione di campo nell'ispezione del diaframma agli ioni di litio

I. Batteria agli ioni di litio

La batteria agli ioni di litio è una batteria secondaria, che per funzionare si basa principalmente sugli ioni di litio che si muovono tra gli elettrodi positivo e negativo. Durante il processo di carica e scarica, gli ioni di litio vengono incorporati e de-incorporati avanti e indietro tra i due elettrodi attraverso il diaframma, e l'immagazzinamento e il rilascio dell'energia degli ioni di litio vengono ottenuti attraverso la reazione redox del materiale dell'elettrodo.

La batteria agli ioni di litio è costituita principalmente da materiale dell'elettrodo positivo, diaframma, materiale dell'elettrodo negativo, elettrolita e altri materiali. Tra questi, il diaframma della batteria agli ioni di litio svolge un ruolo nel prevenire il contatto diretto tra gli elettrodi positivo e negativo e consente il libero passaggio degli ioni di litio nell'elettrolita, fornendo un canale microporoso per il trasporto degli ioni di litio.

La dimensione dei pori, il grado di porosità, l'uniformità di distribuzione e lo spessore del diaframma della batteria agli ioni di litio influiscono direttamente sulla velocità di diffusione e sulla sicurezza dell'elettrolita, il che ha un grande impatto sulle prestazioni della batteria. Se la dimensione dei pori del diaframma è troppo piccola, la permeabilità degli ioni di litio è limitata, influenzando le prestazioni di trasferimento degli ioni di litio nella batteria e aumentando la resistenza della batteria. Se l'apertura è troppo grande, la crescita dei dendriti di litio potrebbe perforare il diaframma, causando incidenti come cortocircuiti o esplosioni.

Ⅱ. L'applicazione della microscopia elettronica a scansione a emissione di campo nel rilevamento del diaframma al litio

L'uso della microscopia elettronica a scansione può osservare la dimensione dei pori e l'uniformità di distribuzione del diaframma, ma anche la sezione trasversale del diaframma multistrato e rivestito per misurare lo spessore del diaframma. I materiali per diaframmi commerciali convenzionali sono per lo più pellicole microporose preparate da materiali poliolefinici, tra cui pellicole a strato singolo di polietilene (PE), polipropilene (PP) e pellicole composite a tre strati PP/PE/PP. I materiali polimerici poliolefinici sono isolanti e non conduttivi e sono molto sensibili ai fasci di elettroni, che possono portare a effetti di carica se osservati ad alta tensione e la struttura fine dei diaframmi polimerici può essere danneggiata dai fasci di elettroni. Il microscopio elettronico a scansione a emissione di campo SEM5000, sviluppato indipendentemente da GSI, ha la capacità di bassa tensione e alta risoluzione e può osservare direttamente la struttura fine della superficie del diaframma a bassa tensione senza danneggiare il diaframma.

Il processo di preparazione del diaframma è principalmente suddiviso in due tipi di metodi a secco e a umido. Il metodo a secco è il metodo di stiramento della fusione, compreso il processo di stiramento unidirezionale e il processo di stiramento bidirezionale, il processo è semplice, ha bassi costi di produzione ed è un metodo comune di produzione del diaframma della batteria agli ioni di litio. Il diaframma preparato con il metodo a secco ha una microporosa piatta e lunga (Figura 1), ma il diaframma preparato è più spesso, l'uniformità della microporosa è scarsa, la dimensione dei pori e la porosità sono difficili da controllare, la densità energetica della batteria assemblata è bassa, utilizzata principalmente nelle batterie agli ioni di litio di fascia bassa.

Figura 1 Diaframma elasticizzato a secco/0,5 KV/Inlente

Il processo umido, ovvero la separazione di fase termogenica, prevede la miscelazione e la fusione di polimeri con solventi altobollenti, ecc., e la produzione di membrane microporose attraverso il processo di separazione della fase di raffreddamento, stiramento, estrazione ed essiccazione, trattamento termico e modellare. Rispetto al processo a secco, il processo a umido è stabile e controllabile, con conseguente spessore del diaframma sottile, elevata resistenza meccanica, distribuzione uniforme delle dimensioni dei pori e compenetrazione (Figura 2). Sebbene il costo del diaframma realizzato mediante il processo a umido sia superiore a quello del processo a secco, la batteria assemblata ha un'elevata densità di energia e buone prestazioni di carica e scarica e viene utilizzata principalmente nelle batterie agli ioni di litio di fascia medio-alta. In combinazione con il sistema di analisi della dimensione dei pori sviluppato indipendentemente da GSI, la dimensione dei pori e la porosità del diaframma possono essere analizzate in modo rapido e automatico (Figura 3).

Figura 2 Diaframma ad allungamento a umido/1KV/Inlente

Figura 3 Analisi della dimensione dei pori del diaframma/1KV/Inlens

Sebbene i diaframmi a base di poliolefina siano ampiamente utilizzati nelle batterie agli ioni di litio, sono limitati dalle proprietà meccaniche, dalla resistenza al calore e dall'inerzia superficiale del materiale stesso e i semplici diaframmi in poliolefina non possono soddisfare i requisiti di elevata sicurezza e prestazioni elevate delle batterie al litio. batterie agli ioni. Per questo motivo è necessaria la modifica superficiale dei diaframmi in poliolefina per migliorarne le proprietà meccaniche, la resistenza al calore e l’affinità con gli elettroliti. Uno dei metodi più comunemente utilizzati è il rivestimento fisico della superficie del diaframma. I materiali ceramici inorganici (Figura 4) sono caratterizzati da una buona resistenza al calore, elevata stabilità chimica e gruppi funzionali polari sulla superficie per migliorare la bagnabilità del diaframma poliolefinico sull'elettrolita, quindi vengono spesso utilizzati come particelle rivestite per migliorare la resistenza al calore e proprietà elettrochimiche del diaframma. La Figura 5 mostra la morfologia superficiale della superficie ceramica del diaframma dopo il rivestimento con particelle ceramiche inorganiche.

Figura 4 Polvere ceramica di allumina/5KV/BSED

Figura 5 Diaframma rivestito in ceramica/1KV/obiettivo interno

1. III. Microscopio elettronico a scansione a emissione di campo SEM5000

SEM5000 è un microscopio elettronico a scansione a emissione di campo ad alta risoluzione e ricco di funzionalità con design avanzato del barilotto, tecnologia di tunneling ad alta tensione e design dell'obiettivo magnetico senza perdite a bassa aberrazione, per ottenere immagini ad alta risoluzione a bassa tensione. Il suo software operativo è dotato di navigazione ottica per ottimizzare il processo di funzionamento e utilizzo. Gli utenti, esperti o meno, possono iniziare rapidamente e completare le attività di ripresa ad alta risoluzione.