主题:【第十届原创】OPTON的微观世界之 锂离子电池隔膜的显微世界

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欧波同
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概  述
在上期里,我们借助扫描电子显微镜对锂电池负极材料进行了细微结构的表征和组成元素的分析,让我们对于电子显微技术在电池负极材料中的应用有了相应的理解。本期小编继续带领大家了解扫描电子显微镜技术在电池隔膜研究中扮演的角色。
在包括锂离子电池的二次电池中,隔膜是不可或缺的重要组分。其作用在于:一、隔膜本身不导电,将电池正极和负极分隔开来,防止电池出现内部短路;二、隔膜具有微观程度上的孔洞结构,利于电极液中离子的传递,保证了充电与放电过程中离子的有效迁移。
一、样品制备
小编所选用的样品为聚丙烯(polypropylene,PP)型锂离子电池隔膜,为了了解锂离子电池隔膜的相关结构,小编决定从表面和截面两种状态下进行分析。对样品进行喷金处理后,直接固定在碳导电胶上从而进行平面样品的观测,截面样品的制备同样借助了 Gatan 的氩离子抛光仪(PS:具体制备方法,请查看上期内容,容小编偷个懒)。
二、锂离子电池隔膜表面的 SEM 分析
利用ZEISS扫描电子显微镜观察锂离子电池隔膜的表面如图1,与隔膜宏观上光滑的表面不同,放大后可以发现,隔膜表面存在着大量的孔洞结构。将样品进一步放大可以发现,隔膜表面的孔洞孔径介于100至200纳米,且由表面延伸至隔膜内部。

图1. 锂离子电池隔膜表面的SEM图像


三、锂离子电池隔膜截面的 SEM 分析
锂离子电池隔膜的多孔程度直接影响着电解液的扩散速率,对电池的性能有很大的影响,因此分析隔膜内部的孔洞结构具有重要意义。图2为隔膜的截面扫描图像。由图像可知,采用 Gatan氩离子抛光仪抛光处理过后的表面平整光滑,其相对于普通剪切处理得到的截面更易获得理想的图像。隔膜内部的孔洞相互贯通,并且由隔膜表面延伸至内部。由放大图像可知,隔膜的孔洞是由数十纳米的纤维形成的。

图2. 锂离子电池隔膜截面的SEM图像


结  论
通过扫描电镜对隔膜细微结构的分析,可知锂离子电池隔膜的内部存在着大量的无序孔洞结构,孔洞的尺寸在100至200纳米之间。二次电池发展至今,大量新型电池涌现,对于电池隔膜的需求也变得多样,对于功能性隔膜的报道不断发表。具有强大功能和普适性的扫描电子显微镜作为一种直观的、有效的表征手段,将在新型材料的探究中将扮演重要的角色。
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小M
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隔膜真实状态的孔应该是接近正圆形的,如果是椭圆形的,说明制样或者观察过程中发生了失真
SEMDriver
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原文由 小M(mitchell_dyzy) 发表:隔膜真实状态的孔应该是接近正圆形的,如果是椭圆形的,说明制样或者观察过程中发生了失真
您好,怎么得出是正当形的孔的?是用什么检测的的?我也想了解一下 多谢
苗晨光
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原文由 SEMDriver(Insm_5225054a) 发表:
您好,怎么得出是正当形的孔的?是用什么检测的的?我也想了解一下 多谢
有结论了吗?我也想学一下