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显微CT检测技术在锂离子电池研究中的应用

发表时间:2024-05-13      
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  随着对可再生能源的迫切需求,锂离子电池作为电动汽车、智能手机等电子产品中的关键能源存储部件,其性能与安全性的研究受到了广泛关注。为了深入理解锂离子电池的内部结构与性能之间的关系,研究者们不断探索新的检测手段。其中,显微CT检测技术因其特殊的优势,在锂离子电池研究领域展现出了巨大的潜力。


  一、概述:


  显微CT检测技术是一种基于X射线成像原理的无损检测技术,能够在微米甚至纳米尺度上获取样品的三维结构信息。该技术采用微焦点X射线源,通过精确控制X射线的发射和接收,实现对样品内部结构的高分辨率成像。与传统的二维成像技术相比,该检测技术能够提供更为全面、准确的三维结构信息,有助于研究者们更深入地了解样品的微观结构特征。


  二、显微CT检测技术在锂离子电池研究中的应用


  1.电池内部结构分析:

  锂离子电池的内部结构包括正负极材料、隔膜、电解液等关键组成部分。这些部分的结构和性能直接影响着电池的整体性能。通过该检测技术,研究者们可以清晰地观察到锂离子电池内部的电极材料分布、隔膜形态、电解液分布等微观结构特征,从而深入了解电池的内部结构对性能的影响。


  2.电池缺陷检测:

  锂离子电池在制备和使用过程中可能会出现各种缺陷,如电极材料脱落、隔膜破损、电解液泄漏等。这些缺陷会严重影响电池的性能和安全性。显微CT检测技术能够发现这些微小的缺陷,并通过三维图像直观地展示出来。这为研究者们提供了有效的手段来评估电池的性能和安全性,并为改进电池制备工艺提供了重要依据。


  3.电池性能评估:

  锂离子电池的性能评估包括容量、循环寿命、倍率性能等多个方面。显微CT检测技术可以通过观察电池内部的结构变化来评估电池的性能。例如,通过比较不同充放电状态下电池内部结构的差异,可以了解电池的容量衰减机理和循环寿命的影响因素;通过观察电池在高倍率充放电下的结构变化,可以评估电池的倍率性能。


  三、案例展示:


  案例1:

  软包电池多尺度表征,Bruker Skyscan 2214.

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样品整体扫描,11um

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局部高分辨扫描,正极,1um

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局部高分辨扫描,隔膜,0.15um

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电池正极颗粒粒径分布(左图)及孔径分布(右图)

  案例2:

  锌-空气纽扣电池内部结构表征,Bruker Skyscan1275,8um.

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电池整体结构三维表征(高致密颗粒,裂纹等)

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高致密颗粒粒径分布三维量化表征

  案例3:

  圆柱电池内部结构三维表征,Skyscan 1273,7um.

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样品内部结构及正极极片高分辨扫描表征

  四、结论与展望:


  显微CT检测技术作为一种新的无损检测手段,在锂离子电池研究领域具有广阔的应用前景。通过该技术,研究者们可以深入了解锂离子电池的内部结构特征、发现潜在的缺陷、评估电池的性能和安全性。随着技术的不断进步和应用领域的不断拓展,相信该检测技术将在锂离子电池研究中发挥越来越重要的作用。

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