Aplicação do microscópio eletrônico de varredura de emissão de campo na inspeção de diafragma de íons de lítio
I. Bateria de íon de lítio
A bateria de íons de lítio é uma bateria secundária, que depende principalmente de íons de lítio que se movem entre os eletrodos positivos e negativos para funcionar. Durante o processo de carga e descarga, os íons de lítio são incorporados e desencaixados entre os dois eletrodos através do diafragma, e o armazenamento e liberação de energia de íons de lítio são alcançados através da reação redox do material do eletrodo.
A bateria de íon de lítio consiste principalmente em material de eletrodo positivo, diafragma, material de eletrodo negativo, eletrólito e outros materiais. Dentre eles, o diafragma da bateria de íons de lítio desempenha um papel na prevenção do contato direto entre os eletrodos positivo e negativo e permite a passagem livre dos íons de lítio no eletrólito, proporcionando um canal microporoso para o transporte de íons de lítio.
O tamanho dos poros, o grau de porosidade, a uniformidade de distribuição e a espessura do diafragma da bateria de íons de lítio afetam diretamente a taxa de difusão e a segurança do eletrólito, o que tem um grande impacto no desempenho da bateria. Se o tamanho dos poros do diafragma for muito pequeno, a permeabilidade dos íons de lítio será limitada, afetando o desempenho de transferência dos íons de lítio na bateria e fazendo com que a resistência da bateria aumente. Se a abertura for muito grande, o crescimento de dendritos de lítio poderá perfurar o diafragma, causando acidentes como curtos-circuitos ou explosões.
Ⅱ. A aplicação da microscopia eletrônica de varredura por emissão de campo na detecção de diafragma de lítio
O uso da microscopia eletrônica de varredura pode observar o tamanho dos poros e a uniformidade de distribuição do diafragma, mas também na seção transversal do diafragma multicamadas e revestido para medir a espessura do diafragma. Os materiais de diafragma comerciais convencionais são principalmente filmes microporosos preparados a partir de materiais de poliolefina, incluindo filmes de polietileno (PE), polipropileno (PP) de camada única e filmes compostos de três camadas de PP/PE/PP. Os materiais poliméricos de poliolefina são isolantes e não condutores e são muito sensíveis aos feixes de elétrons, o que pode levar a efeitos de carga quando observados sob alta tensão, e a estrutura fina dos diafragmas poliméricos pode ser danificada por feixes de elétrons. O microscópio eletrônico de varredura de emissão de campo SEM5000, desenvolvido independentemente pela GSI, tem capacidade de baixa tensão e alta resolução e pode observar diretamente a estrutura fina da superfície do diafragma em baixa tensão sem danificar o diafragma.
O processo de preparação do diafragma é dividido principalmente em dois tipos de métodos seco e úmido. O método seco é o método de alongamento por fusão, incluindo o processo de alongamento unidirecional e o processo de alongamento bidirecional, o processo é simples, tem baixos custos de fabricação e é um método comum de produção de diafragma de bateria de íon de lítio. O diafragma preparado pelo método seco possui microporos planos e longos (Figura 1), mas o diafragma preparado é mais espesso, a uniformidade microporosa é ruim, o tamanho dos poros e a porosidade são difíceis de controlar, a densidade de energia da bateria montada é baixa, usada principalmente em baterias de íon de lítio de baixo custo.
Figura 1 Diafragma elástico seco/0,5KV/Inlens
O processo úmido, ou seja, separação de fases termogênicas, envolve a mistura e fusão de polímeros com solventes de alto ponto de ebulição, etc., e a produção de membranas microporosas através do processo de separação de fases de resfriamento, alongamento, extração e secagem, e tratamento térmico e moldar. Comparado com o processo seco, o processo úmido é estável e controlável, resultando em espessura fina do diafragma, alta resistência mecânica, distribuição uniforme do tamanho dos poros e interpenetração (Figura 2). Embora o custo do diafragma feito pelo processo úmido seja superior ao do processo seco, a bateria montada tem alta densidade de energia e bom desempenho de carga e descarga, e é usada principalmente em baterias de íon de lítio de médio a alto padrão. Combinado com o sistema de análise de tamanho de poro desenvolvido independentemente pela GSI, o tamanho dos poros e a porosidade do diafragma podem ser analisados de forma rápida e automática (Figura 3).
Figura 2 Diafragma elástico úmido/1KV/Inlens
Figura 3 Análise do tamanho dos poros do diafragma/1KV/Inlens
Embora os diafragmas à base de poliolefina sejam amplamente utilizados em baterias de íons de lítio, eles são limitados pelas propriedades mecânicas, resistência ao calor e inércia superficial do próprio material, e os diafragmas de poliolefina simples não podem atender aos requisitos de alta segurança e alto desempenho do lítio- baterias de íons. Por esta razão, a modificação superficial dos diafragmas de poliolefina é necessária para melhorar suas propriedades mecânicas, resistência ao calor e afinidade com eletrólitos. Um dos métodos mais utilizados é o revestimento físico da superfície do diafragma. Os materiais cerâmicos inorgânicos (Figura 4) são caracterizados por boa resistência ao calor, alta estabilidade química e grupos funcionais polares na superfície para melhorar a molhabilidade do diafragma de poliolefina ao eletrólito, por isso são frequentemente usados como partículas revestidas para aumentar a resistência ao calor. e propriedades eletroquímicas do diafragma. A Figura 5 mostra a morfologia da superfície cerâmica do diafragma após revestimento com partículas cerâmicas inorgânicas.
Figura 4 Pó cerâmico de alumina/5KV/BSED
Figura 5 Diafragma revestido de cerâmica/1KV/Inlens
III. Microscópio eletrônico de varredura de emissão de campo SEM5000
SEM5000 é um microscópio eletrônico de varredura de emissão de campo rico em recursos e de alta resolução com design de barril avançado, tecnologia de tunelamento de alta tensão e design de lente objetiva magnética sem vazamento de baixa aberração, para obter imagens de alta resolução de baixa tensão. Seu software operacional é equipado com navegação óptica para otimizar o processo de operação e utilização. Os usuários, experientes ou não, podem começar rapidamente e concluir tarefas de filmagem de alta resolução.
CIQTEK SEM5000 é um microscópio eletrônico de varredura de emissão de campo com capacidade de imagem e análise de alta resolução, apoiado por funções abundantes, benefícios de design avançado de coluna óptica eletrônica, com tecnologia de túnel de feixe de elétrons de alta pressão (SuperTunnel), baixa aberração e não imersão lente objetiva, alcança imagens de baixa tensão e alta resolução, a amostra magnética também pode ser analisada. Com navegação óptica, funcionalidades automatizadas, interface de usuário de interação humano-computador cuidadosamente projetada e operação e processo de uso otimizados, não importa se você é um especialista ou não, você pode começar rapidamente e concluir o trabalho de análise e imagem de alta resolução.
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Saber maisMicroscopia Eletrônica de Varredura por Emissão de Campo de Ultra-alta Resolução (FESEM) O CIQTEK SEM5000X É um FESEM de ultra-alta resolução com design otimizado de coluna de óptica eletrônica, reduzindo as aberrações gerais em 30% e alcançando resolução ultra-alta de 0,6 nm a 15 kV e 1,0 nm a 1 kV. Sua alta resolução e estabilidade o tornam vantajoso na pesquisa de materiais nanoestruturais avançados, bem como no desenvolvimento e na fabricação de chips de circuitos integrados semicondutores de alta tecnologia.
Saber maisAlta resolução sob baixa excitação O CIQTEK SEM5000Pro é um Schottky de alta resolução microscópio eletrônico de varredura por emissão de campo (FE-SEM) Especializada em alta resolução, mesmo sob baixa tensão de excitação. A utilização de uma avançada tecnologia óptica eletrônica "Super-Túnel" facilita um caminho de feixe sem cruzamento e um design de lente composta eletrostática-eletromagnética. Esses avanços reduzem o efeito de carga espacial, minimizam as aberrações da lente, melhoram a resolução da imagem em baixa voltagem e alcançam uma resolução de 1,2 nm a 1 kV, o que permite a observação direta de amostras não condutoras ou semicondutoras, reduzindo efetivamente os danos causados pela irradiação da amostra.
Saber maisSEM de filamento de tungstênio universal e de alto desempenho Microscópio O Microscópio SEM CIQTEK SEM3200 é um excelente Microscópio Eletrônico de Varredura (MEV) de Filamento de Tungstênio para uso geral, com excelentes capacidades gerais. Sua estrutura exclusiva de canhão de elétrons de ânodo duplo garante alta resolução e melhora a relação sinal-ruído da imagem em baixas tensões de excitação. Além disso, oferece uma ampla gama de acessórios opcionais, tornando o SEM3200 um instrumento analítico versátil com excelentes capacidades de expansão.
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