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蔡司新型亞微米級三維X射線成像系統解鎖鋰離子電池內部的奧秘!

中國機械工業聯合會機經網  發布時間:2019-06-17 10:39:09  來源:國際金屬加工網


在新能源和再生能源市場飛速發展的今天,鋰離子電池由于其工作電壓高、質量輕、能量密度大等優點受到各行業的青睞。隨著技術的發展,其應用領域正在從筆記本、手機等小型消費電子走向電動汽車、航空航天、能源等大型機械。

  在新能源和再生能源市場飛速發展的今天,鋰離子電池由于其工作電壓高、質量輕、能量密度大等優點受到各行業的青睞。隨著技術的發展,其應用領域正在從筆記本、手機等小型消費電子走向電動汽車、航空航天、能源等大型機械。

△蔡司X射線顯微鏡在鋰電池行業的應用

鋰離子電池部件分為正負極材料、電解液、隔膜和包裝;目前研究難點在于提高壽命和能量密度,確保安全性能。

得益于蔡司獨有兩級放大成像系統,蔡司Xradia Versa顯微鏡(XRM)在無損觀察內部缺陷、正負極材料厚度、孔隙率的同時可以實現高分辨成像,這有助于企業和研究機構加速研發、提高生產效率和產品安全性能。

封裝電池內部缺陷檢測

X射線顯微鏡可用于封裝樣品內部缺陷無損檢測,識別電池內部的缺陷、毛刺、雜質等質量問題,為優化工藝調整提供判斷依據。

封裝卷繞時,卷成的電芯應緊密、不松散。隔膜和正負極卷得越緊,內阻越小,但卷得過緊時會造成極片與隔膜濕潤困難,致使放電容量變小;卷得太松會使極片在充放過程中發生過度膨脹,增大了內阻,降低了容量,縮短了循環壽命。上圖中在正極轉彎處出現裂紋,這會對鋰離子的嵌入和脫嵌產生影響。

正極材料孔隙率分析

X射線顯微鏡可應用于電極材料孔隙率分析,協助提高電池能量密度。

老化效應分析(充放電性能分析)

  X射線顯微鏡可用于鋰離子電池的壽命與老化分析,無損檢測電池充放電循環前后內部結構變化。

  對18650鎳酸鋰電池充放電100次,經過循環后電池容量下降約6% 。

  使用蔡司X射線顯微鏡分別對電池充放電前后進行高分辨無損3D成像,可以觀察到在經過充放電循環后,在電極材料外側邊緣出現裂紋,而在未循環電池中并未發現這些裂紋。

新型亞微米級三維X射線成像系統

  基于高分辨率和襯度成像技術,蔡司Xradia Versa顯微鏡(XRM)大大拓展了亞微米級無損成像的研究界限。傳統斷層掃描技術依賴于單一幾何放大,而XRM則采用光學和幾何兩級放大,同時使用可以實現更快亞微米級分辨率的高通量成像,最高空間分辨率可達到500nm。大工作距離下高分辨成像技術(RaaD)能夠對尺寸更大、密度更高的樣品(包括零件和設備)進行無損高分辨率3D成像。此外,可選配的平板探測器技術(FPX)能夠對大體積樣品進行快速宏觀掃描,為樣品內部感興趣區域的掃描提供了定位導航。

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責任編輯:機經網編輯部 lixinhua
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