先進(jìn)表征方案

在鋰離子電池研究領(lǐng)域，科研人員通過運(yùn)用先進(jìn)分析手段對電極材料微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行系統(tǒng)性研究，為精確解析電極材料裂紋的演化規(guī)律，深入揭示電池失效過程中微觀結(jié)構(gòu)變化，本實(shí)驗(yàn)室引入了一系列先進(jìn)的表征設(shè)備與技術(shù)，致力于為鋰離子電池失效機(jī)理研究提供強(qiáng)有力的支持。

Hitachi Arblade 5000

氬離子束拋光系統(tǒng)

• 實(shí)現(xiàn)8mm超寬截面制備，突破傳統(tǒng)制樣局限。
• 1mm/h高速研磨效率，較常規(guī)設(shè)備提升200%處理速度。

該設(shè)備一定程度上可以幫助電池工作者解決截面制備效率低和制備截面區(qū)域太小不具備代表性的問題，有助于電池工作者將顆粒-極片-電芯性能一個(gè)個(gè)信息孤島串聯(lián)起來。

Hitachi Regulus 8220

冷場發(fā)射掃描電子顯微鏡

• 搭載了色差極小的適合低加速電壓高分辨率觀察的冷場電子槍。
• 具有0.7 nm（加速電壓 15 kV）；0.9 nm（著陸電壓 1 kV）分辨率。

該設(shè)備在鋰離子電池研究領(lǐng)域具有廣泛適用性，可在低加速電壓條件下實(shí)現(xiàn)高分辨成像，適用于導(dǎo)電/非導(dǎo)電樣品的精細(xì)觀測。尤其適用于正極材料裂紋與偏析分析、電解液副反應(yīng)產(chǎn)物表征，以及隔膜樣品和鋰金屬等敏感材料的高分辨觀測。

案例一：循環(huán)前后NMC截面形貌分析

為深入探究三元極片在循環(huán)過程中的結(jié)構(gòu)演變，本研究采用氬離子束拋光系統(tǒng)對新鮮制備的三元極片及經(jīng)過200次循環(huán)后的極片進(jìn)行截面處理，并借助掃描電子顯微鏡（SEM）采集其截面形貌圖像（如圖2所示）。

通過對比分析循環(huán)前后的極片截面圖像，能夠獲取以下關(guān)鍵結(jié)構(gòu)信息：

• 極片活性膜片和集流體厚度
• 活性顆粒分布和活性顆粒接觸情況
• 活性顆粒內(nèi)部裂縫
• 活性顆粒/導(dǎo)電劑和膠黏劑以及孔洞分布情況

通過對上述結(jié)構(gòu)信息的詳細(xì)分析，能夠全面了解三元極片在循環(huán)過程中的微觀結(jié)構(gòu)變化，為深入研究電池性能衰減機(jī)制提供有力支持，并為優(yōu)化極片設(shè)計(jì)和制備工藝、延長電池使用壽命提供理論依據(jù)。

案例二：浮充LCO極片截面形貌分析

圖3所示為采用氬離子拋光儀制備的極片截面轉(zhuǎn)移到掃描電鏡中獲取的鈷酸鋰高壓浮充前后的極片截面形貌。從截面可獲取如下信息：

• 顆粒破裂與層狀結(jié)構(gòu)坍塌：浮充后鈷酸鋰顆粒出現(xiàn)明顯裂縫和片層結(jié)構(gòu)斷裂，表明高壓浮充（如4.5V以上）導(dǎo)致晶格應(yīng)力累積，引發(fā)顆粒機(jī)械破碎。
• 電解液滲透：裂紋為電解液（如LiPF6/EC-DMC）提供了滲透通道，可能加速副反應(yīng)（如電解液氧化、Co溶出）。

高壓浮充導(dǎo)致的鈷酸鋰結(jié)構(gòu)破壞是典型材料-電解液-工況耦合失效案例。通過浮充測試揭示此類問題，可指導(dǎo)從材料到系統(tǒng)的全方位優(yōu)化，平衡高電壓需求與長期可靠性。對于要求高能量密度的場景，需綜合評估材料成本、壽命及安全性的平衡。

隨著市場對鋰離子電池性能要求的不斷攀升，高效穩(wěn)定的氬離子拋光系統(tǒng)（CP）和高分辨掃描電子顯微鏡技術(shù)（SEM）的協(xié)同應(yīng)用，在鋰離子電池材料研發(fā)、工藝優(yōu)化和失效分析中，正扮演著愈發(fā)關(guān)鍵的角色。

CTI 華測檢測憑借資深技術(shù)團(tuán)隊(duì)，可為客戶提供鋰離子電池一站式檢測與驗(yàn)證服務(wù)。此外還提供全面的芯片性能檢測、可靠性驗(yàn)證與失效分析，測試及驗(yàn)證環(huán)節(jié)嚴(yán)謹(jǐn)規(guī)范，服務(wù)流程緊密協(xié)同，全方面助力客戶精準(zhǔn)把控產(chǎn)品質(zhì)量，提升市場競爭力。