【期刊】

Journal of Power Sources IF=9.13

DOI：https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2021.230459

【成果簡介】

鋰離子電池現(xiàn)已廣泛應用于數(shù)碼產(chǎn)品，醫(yī)療器械，和汽車等眾多域?？墒?，在使用鋰離子電池的過程中，鋰電池的性能會隨著內(nèi)部結(jié)構(gòu)的老化而降低。這問題會導致使用鋰離子電池的成本增高。為了更加深入地了解鋰離子電池在使用過程中老化的細節(jié)。奧地林茨大學Gramse教授課題組近日用掃描電鏡用原位AFM探測系統(tǒng)AFSEM對鋰離子電池老化過程中電表面的形貌和導電性的變化進行了納米尺度的原位研究，其成果發(fā)表在Journal of Power Sources上。

AFSEM™—使AFM和SEM合二為：

? 實現(xiàn)AFM和SEM的功能性互補

? 讓SEM實現(xiàn)樣品的真實三維形貌成像

? 在掃描電鏡中進行AFM原位分析

? 無需激光和探測器，適用于任何樣品表面

? 完·美適配SEM不妨礙正常的操作

【圖文導讀】

圖1 用不同尺度和方法來研究鋰離子電池的電化學表現(xiàn)。A）用電化學阻抗譜（EIS），電池循環(huán)和容量測試的方法研究鋰離子電池的老化問題。 B)用電化學相關(guān)有限元的方法來研究電池的EIS表現(xiàn)。C）用AFM，AFSEM和SEM等表征手段研究電池循環(huán)后的納米尺度上的彼變化。

圖2 電化學循環(huán)次數(shù)，充電狀態(tài)和循環(huán)溫度對鋰離子電池阻抗譜的影響。A）電池不同循環(huán)次數(shù)后阻抗譜的變化。B）充電600次后，24℃條件下的電池阻抗譜。C）不同溫度下，循環(huán)100次后電池阻抗譜的研究。

圖3 鋰離子電池的有限元模型。A）鋰離子電池的維有限元模型。B)不同薄膜阻抗下模擬的電化學阻抗值。C)電化學阻抗模擬值隨著雙層電容的變化。D)不同電材料顆粒大小對電化學阻抗模擬值的影響。

圖4 電池經(jīng)過循環(huán)后，SEM和AFSEM對電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)的原位微納表征。A）經(jīng)過不同次數(shù)的循環(huán)后，石墨陽表面的電子掃描成像。B）AFSEM對不同循環(huán)次數(shù)的陽表面形貌進行原位表征。C) AFSEM對不同循環(huán)次數(shù)的陰表面形貌進行原位表征。

圖5 用AFSEM多功能探針對不同老化階段的陽材料進行表征。A）為AFSEM原子力顯微鏡掃描獲得的形貌圖。B）掃描微波顯微鏡對樣品表征結(jié)果。C）AFSEM提供的樣品納米尺度的直流電導率測量。

【文章總結(jié)】

奧地林茨大學Gramse教授課題組用AFSEM對老化鋰離子電池電表面進行了納米尺度的原位分析。這是因為AFSEM可以在電子顯微鏡所需的真空環(huán)境下運行。在獲得電子顯微成像的基礎上，還可以獲得樣品表面形貌的信息。除此之外，AFSEM的多功能探針，也可以對樣品指·定區(qū)域的磁性，電學，力學，熱學性能進行微納尺度的表征。