鋰離子電池中石墨的掃描電鏡分析
鋰離子電池生產(chǎn)
過去的三十年，鋰離子電池已經(jīng)徹底改變了能源行業(yè)，與鎳鎘電池相比，鋰離子電池重量更輕，充電時間短，并且在極端條件下具有更好的性能。鋰離子電池的一個關(guān)鍵組成是石墨，這是電池電極的中陽極的主要材料。
當(dāng)電池充電時，鋰離子通過電解液從陰極流向陽極。然后，當(dāng)電池放電時，此過程被逆轉(zhuǎn)。電池陰極可以使用多種材料，但石墨是大多數(shù)陽極的首選材料，這要歸功于其存量豐富，低沉本和長循環(huán)壽命。循環(huán)壽命是指電池能經(jīng)受的充電與放電循環(huán)次數(shù)，反映了電池的工作時間長短。
為什么石墨用于電池？
隨著全球各行各業(yè)致力于創(chuàng)造性能更強的鋰離子電池，為電動汽車甚至電網(wǎng)規(guī)模的儲能站等各種設(shè)備供電，石墨發(fā)揮著越來越重要的作用。通常需要將天然片狀石墨轉(zhuǎn)化為球形后使用，或者通過生產(chǎn)管控得到質(zhì)量一致的合成石墨，高質(zhì)量的合成石墨的生產(chǎn)需要 3000°C 的溫度。
優(yōu)化石墨的形態(tài)使研究人員能夠創(chuàng)造出具有更高倍率性能、能量密度和首效、更長的循環(huán)壽命和更好安全性能的陽極。球形石墨顆粒可以有效填充，有利于提高整體導(dǎo)電性。使用掃描電子顯微鏡（SEM），研究人員可以直觀地研究顆粒的形態(tài)，而光學(xué)顯微鏡在觀察石墨等黑色粉末時很難使用。與光學(xué)顯微鏡相比，掃描電子顯微鏡還具有更高的分辨率。
鋰離子電池用石墨的掃描電鏡分析
研究人員通常缺乏內(nèi)部設(shè)備和相關(guān)經(jīng)驗，會將樣品送到有大型落地電鏡的分析實驗室進行分析。這些落地電鏡需要專人操作，而外包這些分析會延遲結(jié)果。
過去的三十年，鋰離子電池已經(jīng)徹底改變了能源行業(yè)，與鎳鎘電池相比，鋰離子電池重量更輕，充電時間短，并且在極端條件下具有更好的性能。鋰離子電池的一個關(guān)鍵組成是石墨，這是電池電極的中陽極的主要材料。
當(dāng)電池充電時，鋰離子通過電解液從陰極流向陽極。然后，當(dāng)電池放電時，此過程被逆轉(zhuǎn)。電池陰極可以使用多種材料，但石墨是大多數(shù)陽極的首選材料，這要歸功于其存量豐富，低沉本和長循環(huán)壽命。循環(huán)壽命是指電池能經(jīng)受的充電與放電循環(huán)次數(shù)，反映了電池的工作時間長短。
為什么石墨用于電池？
隨著全球各行各業(yè)致力于創(chuàng)造性能更強的鋰離子電池，為電動汽車甚至電網(wǎng)規(guī)模的儲能站等各種設(shè)備供電，石墨發(fā)揮著越來越重要的作用。通常需要將天然片狀石墨轉(zhuǎn)化為球形后使用，或者通過生產(chǎn)管控得到質(zhì)量一致的合成石墨，高質(zhì)量的合成石墨的生產(chǎn)需要 3000°C 的溫度。
優(yōu)化石墨的形態(tài)使研究人員能夠創(chuàng)造出具有更高倍率性能、能量密度和首效、更長的循環(huán)壽命和更好安全性能的陽極。球形石墨顆粒可以有效填充，有利于提高整體導(dǎo)電性。使用掃描電子顯微鏡（SEM），研究人員可以直觀地研究顆粒的形態(tài)，而光學(xué)顯微鏡在觀察石墨等黑色粉末時很難使用。與光學(xué)顯微鏡相比，掃描電子顯微鏡還具有更高的分辨率。
鋰離子電池用石墨的掃描電鏡分析
研究人員通常缺乏內(nèi)部設(shè)備和相關(guān)經(jīng)驗，會將樣品送到有大型落地電鏡的分析實驗室進行分析。這些落地電鏡需要專人操作，而外包這些分析會延遲結(jié)果。
使用飛納臺式掃描電鏡大樣品室卓越版 Phenom XL 拍攝的石墨顆粒圖像。左上圖是天然石墨。其他圖像是五種不同的處理方法的合成石墨，目的是找到最接近球形天然石墨形態(tài)的材料。
通過使用 Phenom XL 的專用自動掃描軟件，研究人員可以顯著縮短這些實驗的時間。Phenom XL 讓研究人員經(jīng)過簡單培訓(xùn)后即可親自進行分析。
使用專用的自動掃描軟件，Phenom XL 一次可以自動測試 36 個樣本，在 30 分鐘內(nèi)生成超過 200 張圖像。該軟件使用簡單，用戶只需輸入樣品數(shù)量以及放大倍率，完成此操作后，圖像采集可以在無人值守的夜間完成，從而大大縮短了分析時間，同時消除了不同操作員導(dǎo)致的圖像質(zhì)量變化。
Phenom XL 可以生成 8 nm 分辨率的圖像，這對 20μm 石墨顆粒而言是成像分析的理想儀器。此外，直觀的用戶界面減少了培訓(xùn)要求，使更多的用戶參與使用。
當(dāng)下全球的研究員致力于改進鋰離子電池陽極的石墨，而具有專用自動掃描軟件的 Phenom XL 臺式掃描電鏡可以自動執(zhí)行測試中的重復(fù)工作。由于能夠在部門內(nèi)快速準(zhǔn)確地表征這些樣品，用戶們可以加快研發(fā)過程，以設(shè)計更安全、更強大和更持久的鋰離子電池。
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