電池材料的二維顯微成像和表征

光學(xué)顯微鏡起源于17世紀(jì)，利用可見光的波長(zhǎng)放大物體，達(dá)到微米級(jí)分辨率，廣泛應(yīng)用于生命科學(xué)、材料科學(xué)等領(lǐng)域。在電池領(lǐng)域，可以觀察電極結(jié)構(gòu)，檢測(cè)電極缺陷和鋰枝晶的生長(zhǎng)，為電池研發(fā)提供有價(jià)值的數(shù)據(jù)。然而，受可見光波長(zhǎng)的限制，它的觀察范圍有限，而電子顯微鏡很好地解決了這一問題

1931年問世的蔡司電子顯微鏡，利用電子束將物體放大300萬倍，達(dá)到奈米分辨率。由于蔡司電子顯微鏡的分辨率更高，在電池研發(fā)中，用不同的探針，可獲得多維度信息（成分、表征信息、粒度、成分比例等），實(shí)現(xiàn)正負(fù)電極材料、導(dǎo)電劑更多的微觀結(jié)構(gòu)如膠粘劑和隔膜的檢測(cè)（觀察材料的形貌、分布狀態(tài)、粒度、存在的缺陷等）

▲ 電池正負(fù)極材料、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑、隔膜SEM圖 來源：蔡司（使用蔡司電子顯微鏡測(cè)試）
由于其高分辨率，蔡司掃描電子顯微鏡。能清晰地反映和記錄材料的表面形貌，因而成為表征材料形貌最方便的手段之一

雖然二維平面檢測(cè)簡(jiǎn)單有效，但有時(shí)會(huì)有偏差。三維成像為開發(fā)人員提供了更直觀的檢測(cè)結(jié)果，提高了電池研發(fā)的效率和性能

其中，X射線顯微鏡技術(shù)，如蔡司Xradia Versa系列，可以實(shí)現(xiàn)電池內(nèi)部的高分辨率三維無損成像，區(qū)分電極顆粒和孔隙、隔膜和空氣等，可以大大簡(jiǎn)化流程，節(jié)省時(shí)間

▲ 電池內(nèi)部高分辨率成像（掃描完整樣品 - 選擇感興趣區(qū)域 - 放大并進(jìn)行高分辨率成像）來源：蔡司（使用蔡司 Xradia Versa 系列 X 射線顯微鏡測(cè)試）
在此基礎(chǔ)上，蔡司推出的四維組織演化表征方法可以獲得更多的信息，提供更精細(xì)的細(xì)節(jié)

當(dāng)需要進(jìn)一步進(jìn)行高分辨率分析時(shí)，下一代聚焦離子束技術(shù)是首選。FIB與SEM相結(jié)合，可在納米尺度上對(duì)樣品進(jìn)行精細(xì)加工和觀察

審核編輯 黃宇