主題2：鋰離子電池的多尺度、多模式二維和三維分析技術(shù)

鋰離子電池作為一種能量存儲(chǔ)系統(tǒng)，具有高度復(fù)雜的微觀結(jié)構(gòu)涵蓋多個(gè)尺度范圍。電池的性能高度依賴于電池的微觀結(jié)構(gòu)，因此使用多模式、多尺度準(zhǔn)確的表征電池的微結(jié)構(gòu)對(duì)于理解電池性能以及為進(jìn)一步提高鋰離子電池的性能提供幫助。

聚焦離子束–掃描電子顯微鏡（FIB-SEM）是一種結(jié)合了離子束（用于材料加工）和電子束（用于成像）的分析方法。它支持二維和三維成像功能以及用于材料表征的多模式信息收集。報(bào)告中討論了FIB-SEM在鋰離子電池二維和三維分析中的應(yīng)用。

對(duì)于二維成像，通過(guò)FIB-SEM中的橫截面離子束拋光或交叉式研磨技術(shù)證明了NMC陰極上單顆粒（<10 µm）到大面積（> 100 µm）表面的制備。通過(guò)Avizo 2D可以對(duì)大面積二維圖像進(jìn)行定量分析，以研究電極結(jié)構(gòu)特征，包括相均勻性，尺寸分布和裂紋密度。對(duì)于三維成像，由于電池固有的多長(zhǎng)度性質(zhì)，要獲得具有代表性的體積元素以對(duì)電池進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，需要使用不同的FIB-SEM技術(shù)。三種FIB-SEM技術(shù)，即（Ga +）FIB-SEM，Plasma FIB-SEM和激光PFIB-SEM，已被用于對(duì)聚乙烯隔膜，NMC正極和石墨負(fù)極進(jìn)行三維切片成像分析，以滿足每個(gè)不同的長(zhǎng)度尺度要求電池樣品。除了顯微結(jié)構(gòu)分析外，還可以在FIB-SEM中研究三維化學(xué)元素信息。通過(guò)三維二次離子質(zhì)譜（3D TOF-SIMS）和三維能量色散譜儀（3D EDS），證明了電池電極上元素分布（Li，Ni，Mn和Co）。