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飞纳扫描电镜手套箱版 - 锂电池安全研究

 发布时间:2019-05-17 点击量:415

随着新能源车市场占有率不断增加,新能源汽车安全问题逐渐突出,如近期频发的新能源车自燃事件,给人们的财产和人身安全造成了巨大的威胁。锂电池安全性研究逐渐成为关注焦点。

 

锂枝晶

 

锂枝晶生长是影响锂离子电池安全性和稳定性的根本问题之一。

 

锂枝晶的生长会导致锂离子电池在循环过程中电极和电解液界面的不稳定,破坏生成的固体电解质界面(SEI)膜,锂枝晶在生长过程中会不断消耗电解液并导致金属锂的不可逆沉积,形成死锂造成低库伦效率;锂枝晶的形成甚至还会刺穿隔膜导致锂离子电池内部短接,造成电池的热失控引发燃烧爆炸。

 

关于锂枝晶的生长机理在学术界还存在争论。由于锂离子电池怕水怕氧,常用的表征 SEI 的技术手段非常有限。利用各种电镜技术在纳米尺度理解锂枝晶生长的演化过程对解决这一问题至关重要。

 

图1 锂枝晶生长穿刺隔膜,并且有“Dead Li”产生,最终造成正负极短路

 

图2  Li -富集层

 

图3 锂枝晶扫描电镜图像

 

如何使用扫描电镜拍摄锂枝晶?

 

Li 是极为活泼的金属,易与空气中的氧、水等发生反应。因此在制备、观察锂电池样品时,避免样品与空气接触,发生氧化等反应破坏样品表面形貌。

 

第一种方法:是将手套箱中制备好的样品放入真空转移杯中,转移到手套箱外部的扫描电镜中观察。此方法操作复杂,并且存在一定的风险,实验周期较长。

 

第二种方法:飞纳扫描电镜手套箱版 - 直接将 Phenom 电镜放入实验的手套箱(如图4所示)。在手套箱中制备好样品后,直接放入电镜中观察。

 

图4 飞纳电镜手套箱版

 

此方法操作简单,可以实时观察样品,大幅缩短实验周期,同时避免了样品与空气接触的风险,保证了样品真实的形貌。

 

Phenom 电镜为何可以放入手套箱?

 

手套箱工作时,制冷系统、真空系统和再生系统等均会产生震动,传统扫描电镜需要在无震动环境中工作,且大多数需要配备减震台。同时受手套箱体积限制,尺寸较大的电镜无法放入手套箱中。

 

飞纳电镜独特的设计满足手套箱中使用:

 

1、内置 27 组减震单元以及耦合式光路结构设计双重防震设计保证了电镜在手套箱震动环境中高效工作;

2、长寿命 CeB6 单晶灯丝。无需频繁开关手套箱更换灯丝。(手套箱开关需要气体再生等过程,周期长);

3、体积小,电镜主机可放置于标准手套箱

4、独特的样品杯设计,样品台取放、调节简易(避免了手套箱内无法灵活操作)。

 

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