ZEM20台式扫描电子显微镜助力三元材料锂电池研发


发布时间:

2024-01-22

在当今环保能源需求日益增长的背景下,新型储能材料特别是锂离子电池在新能源汽车和移动互联网设备中的应用越来越广泛。其中,以镍钴锰三元素为基础的分层材质因具有体系能量密度高、原材料来源广、合成过程相对简单等优势,被公认为最有应用前景的正极材料之一。

在当今环保能源需求日益增长的背景下,新型储能材料特别是锂离子电池在新能源汽车和移动互联网设备中的应用越来越广泛。其中,以镍钴锰三元素为基础的分层材质因具有体系能量密度高、原材料来源广、合成过程相对简单等优势,被公认为最有应用前景的正极材料之一。本文将深入探讨三元锂电池正极材料的性能与组分、结构、制备工艺之间的内在关联,并介绍一种先进的材料表征手段——泽攸科技ZEM20台式扫描电镜,以期为三元锂电池的优化设计和制备工艺提供实验数据支持。

图 锂离子电池结构

“三元锂电池”全称是“三元聚合物锂电池”,三元聚合物锂电池是指正极材料使用镍钴锰酸锂(Li(NiCoMn)O2)三元正极材料的锂电池,三元复合正极材料前驱体产品,是以镍盐、钴盐、锰盐为原料,里面镍钴锰的比例可以根据实际需要调整,三元材料做正极的电池相对于钴酸锂电池安全性高。

图 三元锂电池结构图

为实现三元正极材料性能的精确调控与系统优化,深入解析其性能与组分、结构、制备工艺之间的内在关联至关重要。这需要利用先进的材料表征手段,在微米与纳米尺度上清晰展示其形貌特征、元素分布与结晶结构,揭示材料与电化学性能的关系,指导工艺流程与电池匹配的改进。

图 不存在 Li/Ni 混排(a)和存在 Li/Ni 混排(b)的三元材料的结构

基于自主研发的泽攸科技ZEM20台式扫描电镜,凭借其高分辨率成像能力,可实现三元正极材料微纳结构与组分的全面解析。5nm的超高分辨率,使得电池活性颗粒的形状、大小、分布和表面缺陷清晰可见。搭配EDS探测器,可以精确测量样品表面或交叉截面的镍、钴、锰元素分布。配合扫描功能,可以研究材料化学成分的变化规律及电化学性能的相互影响。

在电池制备、充放电测试后,利用ZEM20台式扫描电镜对阴极和电解质的破坏情况进行检测,可以帮助电池制造商找出失败或损耗的原因,以指导电池的优化设计和制造工艺的改进,从而提高三元材料动力电池的安全性、循环性能与寿命。此外,通过优化电池的电极设计和电解液选择,可以提高电池的倍率性能和低温性能。泽攸科技ZEM20台式扫描电镜提供的微观结构信息对于指导这些优化设计至关重要。

最后,三元锂电池作为高性能储能系统的代表,其正极材料的研发和应用对于推动新能源汽车和可再生能源技术的发展具有重要意义。通过精确调控正极材料的组分、结构和制备工艺,可以显著提升电池的整体性能。泽攸科技ZEM20台式扫描电镜等先进表征技术的应用,为三元锂电池的深入研究提供了强大的工具,有助于推动新型储能材料的可持续发展。

 

泽攸科技ZEM20台式扫描电镜

安徽泽攸科技有限公司是一家具有完全自主知识产权的科学仪器公司, 自20世纪90年代开始投入电镜及相关附件研发以来,研发团队一直致力于为纳米科学研究提供卓越的仪器。目前,公司有包括PicoFemto系列原位TEM测量系统原位SEM测量系统ZEM系列台式扫描电镜JS系列台阶仪纳米位移台二维材料转移台探针台及低温系统光栅尺等在内的多个产品线,在国内外均获得了高度关注,填补了国家在高端精密仪器领域的诸多空白。