تطبيق المجهر الإلكتروني لمسح الانبعاثات الميدانية في فحص غشاء الليثيوم أيون

I. بطارية ليثيوم أيون

بطارية الليثيوم أيون هي بطارية ثانوية، تعتمد بشكل أساسي على أيونات الليثيوم التي تتحرك بين القطبين الموجب والسالب للعمل. أثناء عملية الشحن والتفريغ، يتم دمج أيونات الليثيوم وتفكيكها ذهابًا وإيابًا بين القطبين من خلال الحجاب الحاجز، ويتم تخزين وإطلاق طاقة أيون الليثيوم من خلال تفاعل الأكسدة والاختزال لمادة الإلكترود.

تتكون بطارية ليثيوم أيون بشكل أساسي من مادة القطب الموجب، والحجاب الحاجز، ومواد القطب السالب، والكهارل، ومواد أخرى. من بينها، يلعب الحجاب الحاجز الموجود في بطارية الليثيوم أيون دورًا في منع الاتصال المباشر بين الأقطاب الكهربائية الموجبة والسالبة، ويسمح بالمرور الحر لأيونات الليثيوم في المنحل بالكهرباء، مما يوفر قناة صغيرة مسامية لنقل أيون الليثيوم.

يؤثر حجم المسام ودرجة المسامية وانتظام التوزيع وسمك غشاء بطارية الليثيوم أيون بشكل مباشر على معدل الانتشار وسلامة المنحل بالكهرباء، مما له تأثير كبير على أداء البطارية. إذا كان حجم مسام الحجاب الحاجز صغيرًا جدًا، فستكون نفاذية أيونات الليثيوم محدودة، مما يؤثر على أداء نقل أيونات الليثيوم في البطارية، ويزيد من مقاومة البطارية. إذا كانت الفتحة كبيرة جدًا، فقد يؤدي نمو تشعبات الليثيوم إلى اختراق الحجاب الحاجز، مما يتسبب في وقوع حوادث مثل الدوائر القصيرة أو الانفجارات.

Ⅱ. تطبيق المجهر الإلكتروني الماسح بالانبعاث الميداني في الكشف عن غشاء الليثيوم

يمكن استخدام المجهر الإلكتروني الماسح ملاحظة حجم المسام وانتظام توزيع الحجاب الحاجز، ولكن أيضًا على المقطع العرضي للحجاب الحاجز متعدد الطبقات والمغلف لقياس سمك الحجاب الحاجز. مواد الحجاب الحاجز التجارية التقليدية هي في الغالب أفلام صغيرة مسامية محضرة من مواد البولي أوليفين، بما في ذلك أفلام البولي إيثيلين (PE)، والبولي بروبيلين (PP) أحادية الطبقة، والأفلام المركبة ثلاثية الطبقات PP/PE/PP. مواد بوليمر البولي أوليفين عازلة وغير موصلة، وهي حساسة للغاية لحزم الإلكترون، مما قد يؤدي إلى تأثيرات الشحن عند ملاحظتها تحت الجهد العالي، ويمكن أن تتلف البنية الدقيقة لأغشية البوليمر بواسطة حزم الإلكترون. يتمتع المجهر الإلكتروني الماسح بالانبعاث الميداني SEM5000، والذي تم تطويره بشكل مستقل بواسطة GSI، بالقدرة على الجهد المنخفض والدقة العالية، ويمكنه مراقبة البنية الدقيقة لسطح الحجاب الحاجز بشكل مباشر عند الجهد المنخفض دون الإضرار بالحجاب الحاجز.

تنقسم عملية تحضير الحجاب الحاجز بشكل أساسي إلى نوعين من الطرق الجافة والرطبة. الطريقة الجافة هي طريقة التمدد الذائب، بما في ذلك عملية التمدد أحادية الاتجاه وعملية التمدد ثنائية الاتجاه، والعملية بسيطة، ولها تكاليف تصنيع منخفضة، وهي طريقة شائعة لإنتاج غشاء بطارية ليثيوم أيون. يحتوي الحجاب الحاجز المحضر بالطريقة الجافة على مسامية صغيرة مسطحة وطويلة (الشكل 1)، لكن الحجاب الحاجز المُجهز أكثر سمكًا، والتوحيد المسامي الصغير ضعيف، ومن الصعب التحكم في حجم المسام والمسامية، وكثافة طاقة البطارية المجمعة منخفضة، وتستخدم بشكل أساسي في بطاريات الليثيوم أيون المنخفضة.

الشكل 1: الحجاب الحاجز الجاف الممتد / 0.5 كيلو فولت / Inlens

تتضمن العملية الرطبة، أي فصل الطور الحراري، خلط وصهر البوليمرات بمذيبات عالية الغليان، وما إلى ذلك، وإنتاج أغشية مسامية دقيقة من خلال عملية فصل طور التبريد، والتمدد، والاستخلاص والتجفيف، والمعالجة الحرارية والتجفيف. تشكيل. بالمقارنة مع العملية الجافة، فإن العملية الرطبة مستقرة ويمكن التحكم فيها، مما يؤدي إلى سمك غشاء رقيق، وقوة ميكانيكية عالية، وتوزيع موحد لحجم المسام والتداخل (الشكل 2). على الرغم من أن تكلفة الغشاء المصنوع بالعملية الرطبة أعلى من تكلفة العملية الجافة، إلا أن البطارية المجمعة تتمتع بكثافة طاقة عالية وأداء جيد للشحن والتفريغ، وتستخدم في الغالب في بطاريات الليثيوم أيون المتوسطة إلى المتطورة. بالاشتراك مع نظام تحليل حجم المسام الذي طورته GSI بشكل مستقل، يمكن تحليل حجم المسام ومسامية الحجاب الحاجز بسرعة وبشكل تلقائي (الشكل 3).

الشكل 2: الحجاب الحاجز الرطب / 1KV / Inlens

الشكل 3: تحليل حجم مسام الحجاب الحاجز/1KV/Inlens

على الرغم من أن الأغشية القائمة على البولي أوليفين تستخدم على نطاق واسع في بطاريات الليثيوم أيون، إلا أنها محدودة بالخصائص الميكانيكية، ومقاومة الحرارة، والخمول السطحي للمادة نفسها، ولا يمكن لأغشية البولي أوليفين البسيطة تلبية متطلبات السلامة العالية والأداء العالي لبطاريات الليثيوم. بطاريات ايون. لهذا السبب، هناك حاجة إلى تعديل سطح أغشية البولي أوليفين لتحسين خواصها الميكانيكية، ومقاومتها للحرارة، وتقاربها مع الشوارد. إحدى الطرق الأكثر استخدامًا هي الطلاء المادي لسطح الحجاب الحاجز. تتميز المواد الخزفية غير العضوية (الشكل 4) بمقاومة جيدة للحرارة، وثبات كيميائي عالي، ومجموعات وظيفية قطبية على السطح لتحسين قابلية بلل غشاء البولي أوليفين إلى المنحل بالكهرباء، لذلك غالبًا ما يتم استخدامها كجزيئات مغلفة لتعزيز مقاومة الحرارة والخصائص الكهروكيميائية للحجاب الحاجز. يوضح الشكل 5 الشكل السطحي للسطح الخزفي للحجاب الحاجز بعد الطلاء بجزيئات السيراميك غير العضوية.

الشكل 4: مسحوق سيراميك الألومينا / 5 كيلو فولت / BSED

الشكل 5: الغشاء المطلي بالسيراميك/1KV/Inlens

1. ثالثا. المجهر الإلكتروني لمسح الانبعاثات الميدانية SEM5000

SEM5000 عبارة عن مجهر إلكتروني ماسح للانبعاثات الميدانية عالي الدقة وغني بالميزات مع تصميم أسطواني متطور وتقنية نفق عالية الجهد وتصميم عدسة موضوعية مغناطيسية منخفضة الانحراف غير قابلة للتسرب لتحقيق تصوير عالي الدقة بجهد منخفض. تم تجهيز برنامج التشغيل الخاص به بملاحة بصرية لتحسين عملية التشغيل والاستخدام. يمكن للمستخدمين، سواء كانوا من ذوي الخبرة أم لا، البدء بسرعة وإكمال مهام التصوير عالية الدقة.