Anwendung des Feldemissions-Rasterelektronenmikroskops bei der Inspektion von Lithium-Ionen-Membranen
I. Lithium-Ionen-Akku
Bei der Lithium-Ionen-Batterie handelt es sich um eine Sekundärbatterie, deren Funktion hauptsächlich auf der Bewegung von Lithiumionen zwischen den positiven und negativen Elektroden beruht. Während des Lade- und Entladevorgangs werden Lithiumionen durch die Membran zwischen den beiden Elektroden ein- und ausgebettet, und die Speicherung und Freisetzung von Lithiumionenenergie erfolgt durch die Redoxreaktion des Elektrodenmaterials.
Lithium-Ionen-Batterien bestehen hauptsächlich aus positivem Elektrodenmaterial, Membran, negativem Elektrodenmaterial, Elektrolyt und anderen Materialien. Unter anderem spielt das Diaphragma in der Lithium-Ionen-Batterie eine Rolle bei der Verhinderung des direkten Kontakts zwischen den positiven und negativen Elektroden und ermöglicht den freien Durchgang von Lithiumionen im Elektrolyten, wodurch ein mikroporöser Kanal für den Transport von Lithiumionen entsteht.
Die Porengröße, der Porositätsgrad, die Gleichmäßigkeit der Verteilung und die Dicke der Membran der Lithium-Ionen-Batterie wirken sich direkt auf die Diffusionsrate und Sicherheit des Elektrolyten aus, was einen großen Einfluss auf die Leistung der Batterie hat. Wenn die Porengröße des Diaphragmas zu klein ist, ist die Durchlässigkeit für Lithiumionen begrenzt, was die Übertragungsleistung von Lithiumionen in der Batterie beeinträchtigt und den Batteriewiderstand erhöht. Wenn die Öffnung zu groß ist, kann das Wachstum von Lithiumdendriten die Membran durchdringen und Unfälle wie Kurzschlüsse oder Explosionen verursachen.
Ⅱ. Die Anwendung der Feldemissions-Rasterelektronenmikroskopie zum Nachweis von Lithiummembranen
Mithilfe der Rasterelektronenmikroskopie können die Porengröße und die Gleichmäßigkeit der Verteilung des Diaphragmas beobachtet werden, aber auch der Querschnitt des mehrschichtigen und beschichteten Diaphragmas kann gemessen werden, um die Dicke des Diaphragmas zu messen. Herkömmliche kommerzielle Membranmaterialien sind meist mikroporöse Folien, die aus Polyolefinmaterialien hergestellt werden, darunter einschichtige Folien aus Polyethylen (PE), Polypropylen (PP) und dreischichtige Verbundfolien aus PP/PE/PP. Polyolefin-Polymermaterialien sind isolierend und nicht leitend und sehr empfindlich gegenüber Elektronenstrahlen, was bei Betrachtung unter Hochspannung zu Aufladungseffekten führen kann und die Feinstruktur von Polymermembranen durch Elektronenstrahlen beschädigt werden kann. Das Feldemissions-Rasterelektronenmikroskop SEM5000, das unabhängig von GSI entwickelt wurde, verfügt über die Fähigkeit einer Niederspannung und einer hohen Auflösung und kann die Feinstruktur der Membranoberfläche bei niedriger Spannung direkt beobachten, ohne die Membran zu beschädigen.
Der Diaphragma-Vorbereitungsprozess ist hauptsächlich in zwei Arten von Trocken- und Nassmethoden unterteilt. Das Trockenverfahren ist das Schmelzstreckverfahren, einschließlich des unidirektionalen Streckverfahrens und des bidirektionalen Streckverfahrens. Das Verfahren ist einfach, hat niedrige Herstellungskosten und ist ein gängiges Verfahren zur Herstellung von Lithium-Ionen-Batteriemembranen. Die durch die Trockenmethode hergestellte Membran weist flache und lange Mikroporen auf (Abbildung 1), aber die vorbereitete Membran ist dicker, die Mikroporengleichmäßigkeit ist schlecht, die Porengröße und Porosität sind schwer zu kontrollieren, die Energiedichte der zusammengebauten Batterie ist niedrig und wird hauptsächlich verwendet in Low-End-Lithium-Ionen-Batterien.
Abbildung 1 Trockenstretchmembran/0,5 kV/Innenlinse
Der Nassprozess, also die thermogene Phasentrennung, umfasst das Mischen und Schmelzen von Polymeren mit hochsiedenden Lösungsmitteln usw. sowie die Herstellung mikroporöser Membranen durch den Prozess der Abkühlung, Phasentrennung, Streckung, Extraktion und Trocknung sowie Wärmebehandlung Gestaltung. Im Vergleich zum Trockenverfahren ist das Nassverfahren stabil und kontrollierbar, was zu einer dünnen Membrandicke, hoher mechanischer Festigkeit, gleichmäßiger Porengrößenverteilung und gegenseitiger Durchdringung führt (Abbildung 2). Obwohl die Kosten der im Nassverfahren hergestellten Membran höher sind als die des Trockenverfahrens, weist die zusammengebaute Batterie eine hohe Energiedichte und eine gute Lade- und Entladeleistung auf und wird hauptsächlich in Lithium-Ionen-Batterien der mittleren bis oberen Preisklasse verwendet. In Kombination mit dem von GSI unabhängig entwickelten Porengrößenanalysesystem können Porengröße und Porosität des Diaphragmas schnell und automatisch analysiert werden (Abbildung 3).
Abbildung 2 Nassdehnungsmembran/1KV/Inlens
Abbildung 3 Membranporengrößenanalyse/1KV/Inlens
Obwohl Membranen auf Polyolefinbasis in Lithium-Ionen-Batterien weit verbreitet sind, sind sie durch die mechanischen Eigenschaften, die Hitzebeständigkeit und die Oberflächeninertheit des Materials selbst begrenzt, und einfache Polyolefinmembranen können die Anforderungen an hohe Sicherheit und Leistung von Lithium-Ionen-Batterien nicht erfüllen. Ionenbatterien. Aus diesem Grund ist eine Oberflächenmodifikation von Polyolefin-Diaphragmen erforderlich, um ihre mechanischen Eigenschaften, Wärmebeständigkeit und Affinität zu Elektrolyten zu verbessern. Eine der am häufigsten verwendeten Methoden ist die physikalische Beschichtung der Membranoberfläche. Anorganische Keramikmaterialien (Abbildung 4) zeichnen sich durch gute Hitzebeständigkeit, hohe chemische Stabilität und polare funktionelle Gruppen auf der Oberfläche aus, um die Benetzbarkeit des Polyolefin-Diaphragmas mit dem Elektrolyten zu verbessern. Daher werden sie häufig als beschichtete Partikel zur Verbesserung der Hitzebeständigkeit verwendet und elektrochemische Eigenschaften des Diaphragmas. Abbildung 5 zeigt die Oberflächenmorphologie der Keramikoberfläche der Membran nach der Beschichtung mit anorganischen Keramikpartikeln.
Abbildung 4 Aluminiumoxid-Keramikpulver/5KV/BSED
Abbildung 5: Keramikbeschichtete Membran/1 kV/Innenlinse
III. Feldemissions-Rasterelektronenmikroskop SEM5000
SEM5000 ist ein hochauflösendes, funktionsreiches Feldemissions-Rasterelektronenmikroskop mit fortschrittlichem Zylinderdesign, Hochspannungs-Tunneltechnologie und magnetischem Objektivlinsendesign mit geringer Aberration und Leckage, um eine hochauflösende Bildgebung bei niedriger Spannung zu erreichen. Seine Bediensoftware ist mit einer optischen Navigation ausgestattet, um den Bedien- und Nutzungsprozess zu optimieren. Benutzer, ob erfahren oder nicht, können schnell loslegen und hochauflösende Aufnahmeaufgaben erledigen.
CIQTEK SEM5000 ist ein Feldemissions-Rasterelektronenmikroskop mit hochauflösender Bildgebung und Analysefähigkeit, unterstützt durch zahlreiche Funktionen, profitiert vom fortschrittlichen Elektronenoptik-Säulendesign, mit Hochdruck-Elektronenstrahl-Tunneltechnologie (SuperTunnel), geringer Aberration und Nicht-Eintauchen Die Objektivlinse ermöglicht eine hochauflösende Bildgebung bei niedriger Spannung und die magnetische Probe kann ebenfalls analysiert werden. Mit optischer Navigation, automatisierten Funktionen, einer sorgfältig gestalteten Benutzeroberfläche für die Mensch-Computer-Interaktion und einem optimierten Betriebs- und Nutzungsprozess können Sie unabhängig davon, ob Sie ein Experte sind oder nicht, schnell loslegen und hochauflösende Bildgebungs- und Analysearbeiten abschließen.
Erfahren Sie mehrStabil, vielseitig, flexibel und effizient Das CIQTEK SEM4000X ist ein stabiles, vielseitiges, flexibles und effizientes Feldemissions-Rasterelektronenmikroskop (FE-SEM). Es erreicht eine Auflösung von 1,9 nm bei 1,0 kV und meistert problemlos hochauflösende Bildgebungsherausforderungen für verschiedene Arten von Proben. Es kann mit einem Ultrastrahl-Verzögerungsmodus aufgerüstet werden, um die Niederspannungsauflösung noch weiter zu verbessern. Das Mikroskop nutzt Multi-Detektor-Technologie mit einem säuleninternen Elektronendetektor (UD), der SE- und BSE-Signale erkennen kann und gleichzeitig eine hochauflösende Leistung bietet. Der in der Kammer montierte Elektronendetektor (LD) enthält Kristallszintillator- und Photomultiplierröhren und bietet eine höhere Empfindlichkeit und Effizienz, was zu stereoskopischen Bildern mit hervorragender Qualität führt. Die grafische Benutzeroberfläche ist benutzerfreundlich und verfügt über Automatisierungsfunktionen wie automatische Helligkeit und Kontrast, Autofokus, automatische Stigmierung und automatische Ausrichtung, die eine schnelle Aufnahme von Bildern mit ultrahoher Auflösung ermöglichen.
Erfahren Sie mehrLeistungsstarkes und universelles Wolframfilament-REM-Mikroskop Das CIQTEK SEM3200 REM-Mikroskop ist ein hervorragendes Allzweck-Rasterelektronenmikroskop (REM) mit Wolframfilamenten und herausragenden Gesamtfunktionen. Seine einzigartige Doppelanoden-Elektronenkanonenstruktur gewährleistet eine hohe Auflösung und verbessert das Signal-Rausch-Verhältnis des Bildes bei niedrigen Anregungsspannungen. Darüber hinaus bietet es eine große Auswahl an optionalem Zubehör, was das SEM3200 zu einem vielseitigen Analysegerät mit hervorragenden Erweiterbarkeiten macht.
Erfahren Sie mehrAnalytisches Feldemissions-Rasterelektronenmikroskop (FESEM) mit großem Strahl I CIQTEK SEM4000Pro ist ein analytisches Modell des FE-SEM, ausgestattet mit einer hochhellen und langlebigen Schottky-Feldemissions-Elektronenkanone. Das dreistufige elektromagnetische Linsendesign bietet erhebliche Vorteile bei analytischen Anwendungen wie EDS/EDX, EBSD, WDS und mehr. Es ist standardmäßig mit einem Niedervakuummodus und einem leistungsstarken Niedervakuum-Sekundärelektronendetektor sowie einem einziehbaren Rückstreuelektronendetektor ausgestattet, der die Beobachtung schlecht leitender oder nicht leitender Proben erleichtert.
Erfahren Sie mehrUltrahochauflösende Feldemissions-Rasterelektronenmikroskopie (FESEM) Fordert die Grenzen heraus Der CIQTEK SEM5000X ist ein FESEM mit ultrahoher Auflösung und optimiertem Elektronenoptik-Säulendesign, das die Gesamtaberrationen um 30 % reduziert und eine ultrahohe Auflösung von 0,6 nm bei 15 kV und 1,0 nm bei 1 kV erreicht . Seine hohe Auflösung und Stabilität machen es vorteilhaft für die fortgeschrittene nanostrukturelle Materialforschung sowie die Entwicklung und Herstellung von High-Tech-Node-Halbleiter-IC-Chips.
Erfahren Sie mehrHohe Auflösung bei geringer Anregung Das CIQTEK SEM5000Pro ist ein Schottky Feldemissions-Rasterelektronenmikroskop (FE-SEM), das auf hohe Auflösung auch bei niedriger Anregungsspannung spezialisiert ist. Der Einsatz einer fortschrittlichen „Super-Tunnel“-Elektronenoptik-Technologie ermöglicht einen kreuzungsfreien Strahlengang zusammen mit einem elektrostatisch-elektromagnetischen Verbundlinsendesign. Diese Fortschritte reduzieren den räumlichen Aufladungseffekt, minimieren Linsenaberrationen, verbessern die Bildauflösung bei niedriger Spannung und erreichen eine Auflösung von 1,2 nm bei 1 kV, was die direkte Beobachtung nichtleitender oder halbleitender Proben ermöglicht und so die Probenmenge effektiv reduziert Strahlenschäden.
Erfahren Sie mehrHochgeschwindigkeits-Rasterelektronenmikroskop für die skalenübergreifende Abbildung von großvolumigen Proben CIQTEK HEM6000 verfügt über Technologien wie die hochhelle Großstrahl-Stromelektronenkanone, ein Hochgeschwindigkeits-Elektronenstrahl-Ablenksystem, eine Hochspannungs-Probentischverzögerung, eine dynamische optische Achse und ein elektromagnetisches und elektrostatisches Immersions-Kombinationsobjektiv um eine schnelle Bildaufnahme zu erreichen und gleichzeitig eine Auflösung im Nanomaßstab sicherzustellen. Der automatisierte Betriebsprozess ist für Anwendungen wie einen effizienteren und intelligenteren großflächigen hochauflösenden Bildgebungsworkflow konzipiert. Die Abbildungsgeschwindigkeit kann mehr als fünfmal schneller sein als bei einem herkömmlichen Feldemissions-Rasterelektronenmikroskop (FESEM).
Erfahren Sie mehrWolframfilament-Rasterelektronenmikroskop der nächsten Generation Das CIQTEK SEM3300 Rasterelektronenmikroskop (REM) beinhaltet Technologien wie „Super-Tunnel“-Elektronenoptik, Inlens-Elektronendetektoren und elektrostatische und elektromagnetische Verbundobjektive. Durch die Anwendung dieser Technologien im Wolfram-Filament-Mikroskop wird die seit langem bestehende Auflösungsgrenze solcher REM übertroffen, sodass das Wolfram-Filament-REM Analyseaufgaben bei niedriger Spannung ausführen kann, die zuvor nur mit Feldemissions-REM möglich waren.
Erfahren Sie mehr120-kV-Feldemissions-Transmissionselektronenmikroskop (TEM) 1. Geteilte Arbeitsbereiche: Benutzer bedienen TEM in einem getrennten Raum mit Komfort, der Umwelteinflüsse auf TEM reduziert. 2. Hohe betriebliche Effizienz: Spezielle Software integriert hochautomatisierte Prozesse und ermöglicht eine effiziente TEM-Interaktion mit Echtzeitüberwachung. 3. Verbesserte Betriebserfahrung: Ausgestattet mit einer Feldemissions-Elektronenkanone mit einem hochautomatisierten System. 4. Hohe Erweiterbarkeit: Es sind ausreichend Schnittstellen reserviert, damit Benutzer auf eine höhere Konfiguration upgraden können, die den unterschiedlichen Anwendungsanforderungen gerecht wird.
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