探索李分布与FIB-SEM和TOF-SIMS锂离子电池

图片来源:奥勒Moal / Shutterstock.com

锂离子电池的主要能源存储解决方案用于电子设备和最先进的混合动力电动汽车。为了提高性能,化学过程和物种存在于细胞和电极的不同区域需要更好的理解。一个重要的挑战是了解锂离子分布在电化学细胞因为李很难检测到许多常见EDX等分析技术,XRD和xa。相比之下,飞行时间二次离子质Spectrometery (TOF-SIMS)提供了一个非常强大的方法来测量,包括其空间分布在材料即使浓度很低。因此,TOF-SIMS提供了一个极好的途径更好地了解锂离子电池的行为。

在锂离子电池的循环,一个电极反应速率的差异可以产生非齐次电化学粒子的退化,特别是在高循环率。欧洲杯猜球平台这意味着可能会有锂存在于不同的结晶形式,可以损害细胞的操作。例如,捕获的李在反应阶段可能会降低其功能寿命。映射锂电池的化学成分和李分布是了解他们的功能和提高性能的重要一步。

应用多模式相关的显微镜

描述的结构、化学成分(Li F和Mn)在锂离子电池材料和元素分布之间的关系可以揭示李离子运输、结构的影响(相变,内部压力),电池性能和降解。欧洲杯足球竞彩一个新颖的方法来完成这是聚焦离子束和扫描电子显微镜与TOF-SIMS (FIB-SEM)。纳米级的映射,Mn和F分布有可能揭示电化学反应的显微结构的成本。这也使得李“捕获”网站的识别在结构,这会影响性能。

图1所示。(一)离子形象和(b)前投影SIMS图像质量⁷李的整个电极截面。

FIB-SEM和TOF-SIMS的优点

TOF-SIMS是一个极其敏感的分析方法能够提供材料表面的化学描述。它通过使用Xe的聚焦离子束⁺在一个10 - 30 keV能量电极表面的样本。二次离子(SI)的原子层顶部发出标本,这些二次离子质谱仪测量。TOF-SIMS提供了一个描述的材料通过质谱、深度资料和元素/分子地图。欧洲杯足球竞彩质谱允许识别和量化的元素和分子物种出现在一个示例。TOF-SIMS可以获得更好的横向和深度分辨率相比其他常见化学分析SEM技术,如EDX因为低交互Xe的体积⁺离子。此外,三维化学描述具有高分辨率和高空间分辨率成像质量也是可能的。TESCAN次级离子质谱是基于组合的正交TOF-SIMS分析器TESCAN FIB-SEM系统。这使现场FIB深度剖析与高分辨率和高空间分辨率成像质量。提供的性能优越的耦合TOF-SIMS FIB-SEM允许生产一系列三维化学描述和分子信息从一系列复杂的固体材料,如电极。欧洲杯足球竞彩

锂的研究

在最近的一项研究中¹李的全球和地方分布在一个年龄从放电阴极细胞测量使用TESCAN得到Xe +等离子FIB-SEM配置TOFWERK TOF-SIMS系统。测量集中在阴极NCM523 /石墨完整细胞已经忍受了400周期的3.0 - -4.4 V 30°C。能力的细胞表现出40%的损失以及显著上升在正极的阻抗变化。高电流Xe⁺血浆FIB促进制备大面积截面,使全球和本地测量使用TOF-SIMS李的正极。结果显示全球和当地的变化李肇星分布以及氟的存在,只能来自于电解液。例如,图1显示了李分布在整个电极截面。集电器附近的区域的顶部图片(与粒子标记1 - 4)展示了一个更低的李内容比粒子分离膜的底部附近的图(5 - 8的粒子)。欧洲杯猜球平台局部地区有更高浓度的李高F浓度与地区,表明反应之间的电解液和李发生,呈现李固定,因此无法骑自行车。这些影响是加剧了循环期间发生结构性变化。阴极粒子显示空洞、欧洲杯猜球平台裂纹和碎片。由于副反应发生在阴极表面,这个破解暴露更多的表面反应,绑定更多的李不活跃的阶段对这些新暴露的表面。这是图2所示。图2显示了李分布在一个粒子和揭示了即使在这个局部变化规模,显著增强的李的外围粒子和粒子内的晶界。 Figure 2b shows the F distribution in a companion particle. F is well correlated with the Li-rich regions at the periphery of the particle and also along grain boundaries within the particle. The synergistic effect of these changes as revealed by TOF-SIMS is especially detrimental to lithium ion battery performance.

图2。高级图像投影SIMS单一阴极粒子(名义上的)质量7对应李和(b)名义大规模19 F对应。欧洲杯猜球平台

结论

TOF-SIMS集成在FIB-SEM是一种强大的方法来评估空间分布的李锂离子电池。FIB的多功能性使其准备横断面图,然后使用提供的主要离子束TOF-SIMS李分布测量电极和单粒子长度尺度。这种方法被用来评估一个岁的李离子细胞的微观结构,结果表明李异构分布和反应阶段发挥作用在限制李流动性和导致减少了锂电池的性能和生活。

引用和进一步阅读

1. D。J·米勒,D Zapotok, P。Anzalone, t . Samoril l . Hladik h . Tesarova伙夫C姚明,V。马罗尼,D.P.亚伯拉罕,et al .,探索李分布与FIB-SEM和TOF-SIMS锂离子电池24、显微镜和显微分析(S1)页370 - 371 (2018)

更多的阅读

• 综合FIB-SEM分析锂离子电池- - - - - -//www.wireless-io.com/article.aspx?ArticleID=15344
• 谭隋,Bohang歌,m . Korsunsky et al。纳米锂离子电池阴极材料的化学映射FIB-SEM和TOF-SIMS综合显微镜、纳米能量、体积17日,2015年10月,页254 - 260。
• 人类。Tarascon m·阿尔芒,et al .,可充电锂电池面临问题和挑战。大自然2000年、414年、359 - 367。
• 静脉输液Veryovkin,刚建成时Tripa前任所长A.V.Zinovev, et al .,TOF西姆斯描述的SEI在电池电极层,核仪器和方法在物理研究部分B:梁与材料和原子的相互作用,欧洲杯足球竞彩332卷,2014年8月,页368 - 372。
• 吴魏,Hui-Chia Yu一派,et al .,锂在夹层为纳米粒子的局部浓度逆转,欧洲杯猜球平台欧洲杯线上买球科学的进步,2018年1月12日,4卷,没有。1。

TESCAN USA Inc .)

成立于1991年由一群经理和工程师的特斯拉的电子显微镜历史从1950年代开始,今天TESCAN是全球知名的供应商聚焦离子束工作站、扫描电子显微镜和光学显微镜。TESCAN的创新的解决方案以及与客户合作自然赢得领先地位在纳米制造技术。公司参加总理感到骄傲与知名机构的研究项目通过一系列的科学领域。TESCAN为其客户提供领导阶级产品价值、质量和可靠性。TESCAN USA inc .)的北美手臂TESCAN奥赛控股一家跨国公司合并建立的TESCAN捷克公司,全球领先供应商的sem和聚焦离子束工作站、物理奥赛和法国公司,世界领先的定制的聚焦离子束和电子束技术。

这些信息已经采购,审核并改编自TESCAN提供的材料。欧洲杯足球竞彩

在这个来源的更多信息,请访问Tescan.com。