多尺度电池成像
能源材料

多尺度电池成像

电动汽车(EV)和电网储能等应用正在推动电池技术的市场增长。但在下一代电池成为这些领域的标配之前,需要克服几项重大的材料挑战。例如,由于某些电解质的易燃性以及电动汽车和便携式电子产品中电池的高活性,安全性尤其受到关注。  

优化电池意味着在多个尺度上了解其结构

未来的电池研究将侧重于通过新电极设计来提高功率密度。这些电极的微观结构对电动汽车的续航里程和充电能力等性能起着至关重要的作用。电极随时间推移发生的演变决定了其寿命稳定性——枝晶生长和开裂会导致短路,继而导致电池过早或灾难性失效。因此,异物和枝晶等体缺陷意味着质量控制在安全方面至关重要。

要优化针对特定应用的性能并防止过早失效,必须从多个尺度研究电池,包括各种材料的成分、晶格结构和微观结构。同时,还意味着研究电极和包装水平,您可以从中了解电池的整体完整性和外壳密封性。为了获得准确的结果,必须在不损坏样品的情况下原位执行这种多尺度分析。

电池电极的无损成像至关重要

需要在不同尺度下对电池单元进行无损成像,但不得影响结构。这一点极具挑战,因为电池对空气很敏感,而且由于复杂的样品制备方法,处理操作会加大分析难度。处理操作可能包括切割或开包、拆卸以及安装。

蔡司显微镜解决方案使您能够解决电池技术研究中所面临的这些紧迫挑战。如想在不影响电池完整性或结构的情况下研究不同长度尺度的样品,适用于电池分析的无损X射线显微镜将使您受益匪浅。换言之,您可以在不将敏感组件暴露于空气的情况下拍摄高分辨率图像。这使您能够通过原位成像获得对电池使用寿命变化、失效模式和缺陷的重要洞察,并能够保存电池,以供日后通过相关多尺度工作流进行进一步分析。

下步举措

蔡司拥有全面且互联的产品组合,可让您拍摄不同长度尺度的二维、三维和四维无损图像。

操作视频

  • 使用X射线显微镜对电池进行无损高分辨率成像

应用图像

  • 锂离子电池截面的多来源图像

    来自多个来源(光学显微镜、电子显微镜)的锂离子电池截面图像,显示在ZEN Connect软件界面中,用于可视化、检查和分析。

  • 锂离子电池详图,使用用于材料的Axio Zoom.V16以1.6 mm的观察视野成像。锂离子蓄电池,112x,明场。

    锂离子电池详图,使用用于材料的Axio Zoom.V16以1.6 mm的观察视野成像。锂离子蓄电池,112x,明场。

  • 完整18650锂离子电池的XRM扫描。

    完整18650锂离子电池的XRM扫描。内部断层扫描揭示了电极层结构的明显细节,包括老化效应、异物和裂纹。Xradia 620 Versa,观察视野:14 mm。

  • 完整18650锂离子电池的三维渲染图,使用Xradia Versa X射线显微镜成像(比例尺:5 mm)。

    完整18650锂离子电池的三维渲染图,使用Xradia Versa X射线显微镜成像(比例尺:5 mm)。

  • 智能手表电池:蔡司Xradia 620 Versa扫描完整的电池,以识别感兴趣区域,并放大以实现高分辨率成像。

    智能手表电池:蔡司Xradia 620 Versa扫描完整的电池,以识别感兴趣区域,并放大以实现高分辨率成像。

  • 通过三维X射线纳米层析成像和数字材料模拟来映射扩散行为

    通过三维X射线纳米层析成像和数字材料模拟来映射NMC锂离子电池正极中的扩散行为。使用Xradia 810 Ultra纳米级X射线显微镜成像。使用由Math2Market有限责任公司生产的GeoDict电池分析模块分析数据。显示的分析体积为40 µm × 40 µm × 65 µm。

  • 电极颗粒(左)和孔隙网络(右)的三维渲染图

    电极颗粒(左)和孔隙网络(右)的三维渲染图,显示了连通的孔隙空间(蓝色)与孤立的孔隙率(黄色)的对比。与14.4%的总孔隙率相比,测得的总连通孔隙率为13.9%。使用Xradia Ultra X射线显微镜成像。

锂离子电池的截面,含NCM正极
锂离子电池的截面,含NCM正极

锂离子电池的截面,含NCM正极

陶瓷喷镀的电池隔膜以及石墨和硅阳极,在1 kV下成像

Inlens EsB信号(右)与Inlens SE信号(左)对比,提供了石墨和硅之间的额外材料成分衬度,并揭示了聚合物电池隔膜两侧的陶瓷喷镀。


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下载

    • 4D Study of Silicon Anode Volumetric Changes in a Coin Cell Battery using X-ray Microscopy

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    • Integrated SEM and Raman Imaging of Lithium Ion Batteries

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