賽默飛：前沿表征科技是提高鋰電池質量、性能的“王牌利器”
在鋰電池的生產制造過程中，異物對鋰電池的性能和安全性有著非常嚴重的影響。特別是金屬異物在電池內部會引起的枝晶、隔膜穿孔等問題，會導致電池短路、自放電率升高，甚至會引發火災、爆炸等嚴重的安全隱患。
另一方面，被視為下一代電池技術重要發展方向的固態鋰電池，因其采用固態電解質，相較于傳統液態電解質的鋰電池，具有更高安全性、更長壽命和更高的能量密度。但目前固態鋰電池仍有很多亟待解決的技術難題，例如固態電解質的穩定性不足、離子傳導率較低、正負極與固態電解質的界面接觸阻抗較高、金屬鋰負極易膨脹等問題。
無論是當前鋰電池生產過程中存在的異物問題，還是下一代固態鋰電池研發面臨的技術難題，都對深入研究鋰電池材料的微觀結構提出了極高要求。而電子顯微鏡作為探索微觀世界的“王牌利器”，已成為突破鋰電池材料及固態鋰電池材料顯微表征難點不可或缺的工具之一。
在日前舉行的第九屆動力電池應用國際峰會(CBIS2024)上，賽默飛世爾科技(中國)有限公司相關業務專家王慧敏，在題為《鋰離子電池研發與生產中的顯微表征難點及解決方案》的主題演講中，針對鋰電池、固態電池材料顯微表征的難點，提出了賽默飛的解決方案，助力電池生產。
圖為賽默飛世爾科技(中國)有限公司相關業務專家王慧敏發表演講
利用聚焦離子束顯微鏡進行透射樣品制備，進而利用透射電鏡對固態電解質等儲能材料進行高分辨尺度表征，是研究機理的有利手段。然而在這些儲能材料的制備和表征過程中，會面臨許多挑戰，例如鋰金屬負極對于空氣極其敏感，如何能在保持材料本征特性的條件下，進行材料轉移及制備;固態電解質極易被電子輻照損傷，如何觀察到其本征形貌等。針對這些挑戰，賽默飛均提供了相應的解決方案。
電池制造中使用的許多材料，都對空氣非常敏感，如鋰金屬、硫化物固態電解質、充電電極等，它們對空氣中的水分和氧氣都很敏感。在處理這些空氣敏感材料時，必須在沒有氧氣和水分的環境中處理，以防止它們降解或性質改變。
針對空氣敏感材料，賽默飛推出全新的惰性氣體樣品保護與轉移系統(CleanConnect)，實現隔絕空氣的轉移，保證微觀結構與化學成分的穩定性。據介紹，該系統利用惰性氣體如氬氣，來創建一個無氧和無水分的環境，可實現空氣敏感樣品從手套箱轉移到掃描電鏡、雙束電鏡中，進行分析表征或透射電子顯微鏡樣品制備，再到透射電子顯微鏡中，進行原子級分析表征的需求。該解決方案可幫助客戶拓展敏感材料的研究邊界，更好地探索未知領域。
針對電子束敏感材料，賽默飛推出冷凍雙束電鏡(Cryo-FIB-SEM)與冷凍透射電鏡(Cryo-TEM)成像解決方案等。例如隔膜、固態電解質、MOF、鈣鈦礦等材料，對電子束非常敏感，電子束易誘發陽離子遷移產生相變，或直接打壞樣品。賽默飛通過在電鏡中加裝一系列冷凍部件，形成一整套冷凍的方案。王慧敏舉例稱，含電解液的隔膜樣品，可以在冷凍制備艙中進行冷凍，傳輸至電鏡中進行冷凍切割觀察，或制備出薄片，如果需要對其進行透射電鏡原子級別的觀察，也可以傳輸至透射電鏡中進行觀察。下圖是賽默飛利用冷凍電鏡制備的含電解液與銅枝晶的隔膜截面，可以看到隔膜樣品沒有損傷。
此外，針對電池生產過程中異物的管控，賽默飛還研發出了掃描電鏡和顆粒物全自動分析的解決方案。通過該解決方案，可以在生產產線將異物顆粒識別出來，進行一系列自動顆粒的分析，根據得出的能譜圖自動生成報告，將顆粒物的類型進行分析歸類，助力電池生產。
據介紹，賽默飛世爾科技(紐約證交所代碼：TMO)是賦能科技進步的全球領導者，目前的年營業收入超過400億美元，致力于攜手客戶使世界更健康、更清潔、更安全。賽默飛自1982年正式進入中國，至今已在中國發展超40年，其總部位于上海，在北京、廣州、香港、成都、沈陽、西安、南京、武漢、濟南等地設有分公司。
賽默飛世爾科技能夠為客戶提供一整套，包括高端分析儀器、實驗室裝備、軟件、服務、耗材和試劑在內的實驗室綜合解決方案。近年來，賽默飛聚焦鋰離子電池行業，其從研發到來料控制、質量控制到失效分析等，都有非常完整的解決方案。
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