Aplicación del microscopio electrónico de barrido de emisiones de campo en la inspección de diafragmas de iones de litio

I. Batería de iones de litio

La batería de iones de litio es una batería secundaria, que depende principalmente de que los iones de litio se muevan entre los electrodos positivo y negativo para funcionar. Durante el proceso de carga y descarga, los iones de litio se incrustan y desincrustan de un lado a otro entre los dos electrodos a través del diafragma, y ​​el almacenamiento y liberación de energía de iones de litio se logra mediante la reacción redox del material del electrodo.

La batería de iones de litio se compone principalmente de material de electrodo positivo, diafragma, material de electrodo negativo, electrolito y otros materiales. Entre ellos, el diafragma de la batería de iones de litio desempeña un papel en la prevención del contacto directo entre los electrodos positivo y negativo y permite el paso libre de los iones de litio en el electrolito, proporcionando un canal microporoso para el transporte de iones de litio.

El tamaño de los poros, el grado de porosidad, la uniformidad de distribución y el grosor del diafragma de la batería de iones de litio afectan directamente la velocidad de difusión y la seguridad del electrolito, lo que tiene un gran impacto en el rendimiento de la batería. Si el tamaño de los poros del diafragma es demasiado pequeño, la permeabilidad de los iones de litio es limitada, lo que afecta el rendimiento de transferencia de los iones de litio en la batería y aumenta la resistencia de la batería. Si la apertura es demasiado grande, el crecimiento de dendritas de litio puede perforar el diafragma y provocar accidentes como cortocircuitos o explosiones.

Ⅱ. La aplicación de la microscopía electrónica de barrido por emisión de campo en la detección de diafragma de litio.

El uso de microscopía electrónica de barrido puede observar el tamaño de los poros y la uniformidad de distribución del diafragma, pero también en la sección transversal del diafragma recubierto y multicapa para medir el espesor del diafragma. Los materiales de diafragma comerciales convencionales son en su mayoría películas microporosas preparadas a partir de materiales de poliolefina, incluidas películas de una sola capa de polietileno (PE), polipropileno (PP) y películas compuestas de tres capas de PP/PE/PP. Los materiales poliméricos de poliolefina son aislantes y no conductores, y son muy sensibles a los haces de electrones, lo que puede provocar efectos de carga cuando se observan bajo alto voltaje, y los haces de electrones pueden dañar la estructura fina de los diafragmas de polímero. El microscopio electrónico de barrido de emisión de campo SEM5000, desarrollado independientemente por GSI, tiene la capacidad de bajo voltaje y alta resolución, y puede observar directamente la estructura fina de la superficie del diafragma a bajo voltaje sin dañar el diafragma.

El proceso de preparación del diafragma se divide principalmente en dos tipos de métodos secos y húmedos. El método seco es el método de estiramiento por fusión, que incluye el proceso de estiramiento unidireccional y el proceso de estiramiento bidireccional. El proceso es simple, tiene bajos costos de fabricación y es un método común de producción de diafragmas de baterías de iones de litio. El diafragma preparado por el método seco tiene microporos planos y largos (Figura 1), pero el diafragma preparado es más grueso, la uniformidad microporosa es pobre, el tamaño de los poros y la porosidad son difíciles de controlar, la densidad de energía de la batería ensamblada es baja, se utiliza principalmente en baterías de iones de litio de gama baja.

Figura 1 Diafragma de estiramiento seco/0.5KV/Inlens

El proceso húmedo, es decir, la separación de fases termogénica, implica la mezcla y fusión de polímeros con disolventes de alto punto de ebullición, etc., y la producción de membranas microporosas mediante el proceso de separación de fases de enfriamiento, estiramiento, extracción y secado, y tratamiento térmico y formación. En comparación con el proceso seco, el proceso húmedo es estable y controlable, lo que da como resultado un espesor de diafragma delgado, alta resistencia mecánica, distribución uniforme del tamaño de poro e interpenetración (Figura 2). Aunque el costo del diafragma fabricado mediante el proceso húmedo es mayor que el del proceso seco, la batería ensamblada tiene una alta densidad de energía y un buen rendimiento de carga y descarga, y se utiliza principalmente en baterías de iones de litio de gama media a alta. Combinado con el sistema de análisis del tamaño de poro desarrollado independientemente por GSI, el tamaño de poro y la porosidad del diafragma se pueden analizar de forma rápida y automática (Figura 3).

Figura 2 Diafragma elástico húmedo/1KV/Inlens

Figura 3 Análisis del tamaño de poro del diafragma/1KV/Inlens

Aunque los diafragmas a base de poliolefina se usan ampliamente en baterías de iones de litio, están limitados por las propiedades mecánicas, la resistencia al calor y la inercia de la superficie del material en sí, y los diafragmas de poliolefina simples no pueden cumplir con los requisitos de alta seguridad y alto rendimiento de las baterías de litio. baterías de iones. Por esta razón, es necesaria la modificación de la superficie de los diafragmas de poliolefina para mejorar sus propiedades mecánicas, resistencia al calor y afinidad con los electrolitos. Uno de los métodos más utilizados es el recubrimiento físico de la superficie del diafragma. Los materiales cerámicos inorgánicos (Figura 4) se caracterizan por una buena resistencia al calor, una alta estabilidad química y grupos funcionales polares en la superficie para mejorar la humectabilidad del diafragma de poliolefina al electrolito, por lo que a menudo se usan como partículas recubiertas para mejorar la resistencia al calor. y propiedades electroquímicas del diafragma. La Figura 5 muestra la morfología superficial de la superficie cerámica del diafragma después del recubrimiento con partículas cerámicas inorgánicas.

Figura 4 Polvo cerámico de alúmina/5KV/BSED

Figura 5 Diafragma recubierto de cerámica/1KV/Inlens

1. III. Microscopio electrónico de barrido de emisión de campo SEM5000

SEM5000 es un microscopio electrónico de barrido de emisión de campo de alta resolución y rico en funciones con diseño de barril avanzado, tecnología de túnel de alto voltaje y diseño de lente de objetivo magnético sin fugas y baja aberración, para lograr imágenes de alta resolución de bajo voltaje. Su software operativo está equipado con navegación óptica para optimizar el proceso de operación y uso. Los usuarios, tengan o no experiencia, pueden comenzar y completar rápidamente tareas de captura de alta resolución.