蔡司鋰電池材料解決方案

從研發(fā)到生產(chǎn):鋰電池材料的跨尺度、多模態(tài)、可聯(lián)動研究平臺

近年來,鋰離子電池已廣泛應(yīng)用于新能源汽車、消費類電子產(chǎn)品及儲能領(lǐng)域等,伴隨其應(yīng)用場景的日趨豐富以及產(chǎn)品質(zhì) 量要求的不斷提升,包括提高電池材料的能量密度、充放電速率、壽命、安全性,以及降低成本的需求不斷增長。鋰電池材料體系迭代創(chuàng)新,需求前景廣闊。

蔡司顯微鏡系統(tǒng)跨尺度、多模態(tài),可聯(lián)動研究平臺服務(wù)于鋰電池材料產(chǎn)業(yè)鏈從研發(fā)到生產(chǎn)全流程,針對鋰離子電池正、負極材料、隔膜及關(guān)鍵輔材,提供了從材料制樣、理化特性表征到智能數(shù)據(jù)分析等全方位解決方案,助力鋰電池材料研發(fā),質(zhì)量控制及失效機制研究。

正極材料

正極材料決定鋰電池的性能、安全和成本，是整個電池的核心。材料的顆粒結(jié)構(gòu)、成分及晶體取向信息的獲取是深入理解其構(gòu)效關(guān)系的關(guān)鍵，能夠為材料的改性和新材料的研發(fā)提供重要依據(jù)。

為應(yīng)對以上關(guān)鍵問題

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低電壓高分辨   大景深SEM成像

粉末顆粒、極片樣品從形貌表征、尺寸測 量到分布統(tǒng)計的全方位分析,不導(dǎo)電樣品 無需鍍膜,磁性樣品直接觀測。

EDS    TOF-SIMS    EBSD  拉曼光譜

通過SEM豐富的拓展功能實現(xiàn)單一、復(fù)合材 料精準(zhǔn)而全面的元素及晶體結(jié)構(gòu)分析,即   使是鋰元素也可實現(xiàn)ppm級高精度分析。

FIB-SEM快速無損加工

FIB-SEM可實現(xiàn)顆粒及極片樣品截面的快速 無損加工及內(nèi)部信息獲取。

負極材料

負極材料作為電池充放電過程中鋰離子及電子的載體,其粒徑、孔隙、表面結(jié)構(gòu)及成分等理化特性決定了電池的首次效率、循環(huán)壽命等關(guān)鍵特性，把握著電池安全性命脈。

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低電壓高分辨SEM成像

前驅(qū)體、成品、老化后材料的整體形貌、  分布及表面孔隙、缺陷、包覆物細節(jié)等結(jié) 構(gòu)的表征。

EDS    原位拉曼光譜分析

SEM高分辨成像技術(shù)配合EDS 、Raman擴展 分析實現(xiàn)復(fù)合、摻混材料顆粒及極片樣品 中不同組分的精準(zhǔn)區(qū)分及分析。

EBIC   納米原位探針分析

SEM配合EBIC及納米原位探針技術(shù)實現(xiàn)材料     全生命周期微觀電學(xué)及力學(xué)性能的精準(zhǔn)測量。

隔膜

隔膜能夠在鋰離子電池的充放電過程中隔絕電子、導(dǎo)通離子，其性能的優(yōu)劣決定著電池的各項關(guān)鍵特性。電子束敏感且不導(dǎo)電的隔膜材料往往需要配合低損傷、高精度的形貌及成分表征方法。

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低電壓高分辨SEM成像

干法、濕法、涂敷隔膜內(nèi)部精細結(jié)構(gòu)、表 界面形貌及厚度的準(zhǔn)確表征,樣品均無需 噴鍍。

SEM原位拉曼光譜

SEM 配合原位拉曼分析實現(xiàn)單層、多層聚 合物隔膜材料化學(xué)組成的準(zhǔn)確表征。

Cryo-FIB配合冷凍傳輸系統(tǒng)

低溫冷凍條件下隔膜截面樣品的快速無損 制備、轉(zhuǎn)移及內(nèi)部真實結(jié)構(gòu)分析。

輔助材料

導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑等是鋰電池的關(guān)鍵輔材，分別用于增強電導(dǎo)及各材料間的接觸，兩類材料的粒徑、孔隙結(jié)構(gòu)及分散狀態(tài)等對電極生產(chǎn)工藝及電池性能均有著重要的影響。

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低電壓高分辨SEM成像

納米級導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑材料真實結(jié)構(gòu)的高 分辨無損表征。極片中主材、添加劑材料 的分布狀態(tài)分析及形貌成分精準(zhǔn)表征。

Laser-FIB高效快速的樣品制備

Laser-FIB飛秒激光技術(shù)實現(xiàn)極片樣品的大尺度截  面的高效快速制備,加速內(nèi)部結(jié)構(gòu)和成分研究。

Atlas 5 3D分析

通過Atlas 5 3D軟件,配合FIB-SEM可實現(xiàn)極 片樣品實時3D成像分析,=維重構(gòu)軟件邊  切邊看,   自動分析主材、添加劑及孔隙結(jié)  構(gòu)的=維分布。

關(guān)聯(lián)解決方案  

老化后電池材料的形態(tài)及化學(xué)性質(zhì)信息能夠指導(dǎo)材料老化機制研究，進而對其性能及安全特性進行針對性的改善。然而,目標(biāo)材料通常位于電芯或極片內(nèi)部，傳統(tǒng)的SEM表面成像無法觀測，需要依靠關(guān)聯(lián)多種顯微成像手段進行=維定位及關(guān)聯(lián)分析。

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XRM,  FIB-SEM和EDS關(guān)聯(lián)解決方案

  X射線顯微鏡可對電池內(nèi)部缺陷=維無損  定位及亞微米級成像分析。對電池內(nèi)部特 定材料進行精準(zhǔn)定位及智能分析。

 通過Atlas 5 3D軟件,配合FIB-SEM可實現(xiàn)   內(nèi)部缺陷位置自動識別、高精度定位切割 及成像分析,快速有效地獲取缺陷位置的 形貌和成分信息。

智能圖像分析  

蔡司ZEN軟件的自動化、智能分析為電池材料研究提供準(zhǔn)確可靠的量化分析數(shù)據(jù),助力高性能鋰電材料的 研發(fā)和生產(chǎn),  ZEN軟件通過自動提取圖像中感興趣區(qū)域進行自動測量,可獲取粒徑分布,百分比含量,孔 隙率,厚度均勻性等數(shù)據(jù)。

ZEN軟件智能圖像分析

具有以下特點:

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  用戶管理,權(quán)限設(shè)置便于設(shè)備管理;

  批量處理,高效處理繁重分析工作;

  機器學(xué)習(xí)算法實現(xiàn)AI 自動識別。

鋰電池顆粒度分析  

牛津儀器提供的AZtecBattery為電池材料研究清潔度檢測自動化解決方案，助力高純度鋰電材料的生產(chǎn)。

其主要原理是通過灰度方法自動提取樣品的雜質(zhì)顆粒，利用EDS獲取顆粒成分信息,大范圍數(shù)據(jù)采集，統(tǒng)計所有顆粒的形態(tài)和成分并分類，輸出專業(yè)報告。

AZtecBattery顆粒度分析

具有以下特點:

  流程化設(shè)置,操作簡便;

  豐富的分類數(shù)據(jù)庫,可靈活自定義; 

  自動大范圍統(tǒng)計分析。

鎢燈絲掃描電子顯微鏡

不導(dǎo)電樣品的高分辨率表征

出色的電池材料成分分析

自動顆粒度分析助力電池清潔度評價

自動化，智能化，便捷的操作體驗

場發(fā)射掃描電子顯微鏡

高分辨率的表面形貌及組分成像

多模態(tài)、高精度的成分及晶體結(jié)構(gòu)分析

出色的低電壓高分辨精準(zhǔn)表征樣品真實結(jié)構(gòu)

微觀電學(xué)及力學(xué)性能測量

雙束電鏡

高性能離子束保證高精度微納加工,最高分辨率3nm

飛秒激光助力大體積截面高效加工,獨立加工艙室避免污染

CryoFIB配合冷凍傳輸系統(tǒng)最小化加工熱損傷及環(huán)境污染

高精度連續(xù)層析成像邊切邊看,精準(zhǔn)分析樣品內(nèi)部結(jié)構(gòu)

X射線顯微鏡

高分辨率大樣品=維成像,無需破壞或制備樣品

缺陷定位可用于后續(xù) FIB 截面加工定位,縮短制樣時間

基于人工智能的重構(gòu)算法提升 4 倍以上的失效分析效率