島津原子力顯微鏡

鋰離子電池

鋰電池的結(jié)構(gòu)由正極、負(fù)極、隔膜材料構(gòu)成。

對于隔膜而言，其作用是分隔正極和負(fù)極，避免內(nèi)部短路；同時，隔膜具有孔隙，可以吸附電解液使鋰離子在充放電過程中可以雙向通過。

目前常用的隔膜材料是聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）或者兩者的混合物。制作工藝有干法和濕法兩種，制作過程又包括流延、拉伸、定型等步驟。工藝和過程都會影響隔膜的孔隙孔徑、孔隙率等。常用的觀測方法是掃描電鏡法，但是因為PE、PP都是絕緣材料，會形成嚴(yán)重的荷電效應(yīng)，導(dǎo)致觀察圖像失真。因此，原子力顯微鏡非常合適的觀察工具。

以上三張圖片是用原子力顯微鏡對不同制作工藝的隔膜材料進(jìn)行成像的圖，范圍為5μm×5μm。因為原子力顯微鏡獲得的形貌圖像為三維圖像，因此隔膜多孔結(jié)構(gòu)可被很顯著的表現(xiàn)出來。

對于鋰電池隔膜，除了常溫下的孔隙結(jié)構(gòu)，還需要測試孔隙在不同溫度下的變化。因為當(dāng)電池體系發(fā)生異常時，溫度升高，為防止產(chǎn)生危險，希望隔膜可以在快速產(chǎn)熱溫度(120～140℃)開始時，因熱塑性發(fā)生熔融，關(guān)閉微孔，隔絕正極與負(fù)極，防止電解質(zhì)通過，從而達(dá)到遮斷電流的目的。

島津原子力顯微鏡具備完善的環(huán)境控制功能。使用樣品加熱單元從室溫梯度加熱到125°C和140°C，并觀察其表面形狀，范圍為5μm×5μm。隨著溫度的升高，可以看到由于隔膜熔化，孔隙逐漸收縮。對于該實驗，使用島津?qū)ｉT設(shè)計的環(huán)境控制艙既可以在真空環(huán)境下進(jìn)行，也可以*模擬鋰電池內(nèi)部的溫度/濕度/電化學(xué)環(huán)境進(jìn)行。

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