蔡司锂电池材料解决方案
从研发到生产:锂电池材料的跨尺度、多模态、可联动研究平台
近年来,锂离子电池已广泛应用于新能源汽车、消费类电子产品及储能领域等,伴随其应用场景的日趋丰富以及产品质 量要求的不断提升,包括提高电池材料的能量密度、充放电速率、寿命、安全性,以及降低成本的需求不断增长。锂电池材料体系迭代创新,需求前景广阔。
蔡司显微镜系统跨尺度、多模态,可联动研究平台服务于锂电池材料产业链从研发到生产全流程,针对锂离子电池正、负极材料、隔膜及关键辅材,提供了从材料制样、理化特性表征到智能数据分析等全方位解决方案,助力锂电池材料研发,质量控制及失效机制研究。
正极材料
正极材料决定锂电池的性能、安全和成本，是整个电池的核心。材料的颗粒结构、成分及晶体取向信息的获取是深入理解其构效关系的关键，能够为材料的改性和新材料的研发提供重要依据。
为应对以上关键问题
蔡司为您提供:
低电压高分辨 
大景深SEM成像
粉末颗粒、极片样品从形貌表征、尺寸测 量到分布统计的全方位分析,不导电样品 无需镀膜,磁性样品直接观测。
EDS TOF-SIMS EBSD 拉曼光谱
通过SEM丰富的拓展功能实现单一、复合材 料精准而全面的元素及晶体结构分析,即 使是锂元素也可实现ppm级高精度分析。
FIB-SEM快速无损加工
FIB-SEM可实现颗粒及极片样品截面的快速 无损加工及内部信息获取。
负极材料
负极材料作为电池充放电过程中锂离子及电子的载体,其粒径、孔隙、表面结构及成分等理化特性决定了电池的首次效率、循环寿命等关键特性，把握着电池安全性命脉。
为应对以上关键问题
蔡司为您提供:
低电压高分辨SEM成像
前驱体、成品、老化后材料的整体形貌、 分布及表面孔隙、缺陷、包覆物细节等结 构的表征。
EDS 原位拉曼光谱分析
SEM高分辨成像技术配合EDS 、Raman扩展 分析实现复合、掺混材料颗粒及极片样品 中不同组分的精准区分及分析。
EBIC 纳米原位探针分析
SEM配合EBIC及纳米原位探针技术实现材料 全生命周期微观电学及力学性能的精准测量。
隔膜
隔膜能够在锂离子电池的充放电过程中隔绝电子、导通离子，其性能的优劣决定着电池的各项关键特性。电子束敏感且不导电的隔膜材料往往需要配合低损伤、高精度的形貌及成分表征方法。
为应对以上关键问题
蔡司为您提供:
低电压高分辨SEM成像
干法、湿法、涂敷隔膜内部精细结构、表 界面形貌及厚度的准确表征,样品均无需 喷镀。
SEM原位拉曼光谱
SEM 配合原位拉曼分析实现单层、多层聚 合物隔膜材料化学组成的准确表征。
Cryo-FIB配合冷冻传输系统
低温冷冻条件下隔膜截面样品的快速无损 制备、转移及内部真实结构分析。
辅助材料
导电剂、粘结剂等是锂电池的关键辅材，分别用于增强电导及各材料间的接触，两类材料的粒径、孔隙结构及分散状态等对电极生产工艺及电池性能均有着重要的影响。
为应对以上关键问题
蔡司为您提供:
低电压高分辨SEM成像
纳米级导电剂、粘结剂材料真实结构的高 分辨无损表征。极片中主材、添加剂材料 的分布状态分析及形貌成分精准表征。
Laser-FIB高效快速的样品制备
Laser-FIB飞秒激光技术实现极片样品的大尺度截 面的高效快速制备,加速内部结构和成分研究。
Atlas 5 3D分析
通过Atlas 5 3D软件,配合FIB-SEM可实现极 片样品实时3D成像分析,=维重构软件边 切边看, 自动分析主材、添加剂及孔隙结 构的=维分布。
关联解决方案
老化后电池材料的形态及化学性质信息能够指导材料老化机制研究，进而对其性能及安全特性进行针对性的改善。然而,目标材料通常位于电芯或极片内部，传统的SEM表面成像无法观测，需要依靠关联多种显微成像手段进行=维定位及关联分析。
为应对以上关键问题
蔡司为您提供:
XRM, FIB-SEM和EDS关联解决方案
X射线显微镜可对电池内部缺陷=维无损 定位及亚微米级成像分析。对电池内部特 定材料进行精准定位及智能分析。
通过Atlas 5 3D软件,配合FIB-SEM可实现 内部缺陷位置自动识别、高精度定位切割 及成像分析,快速有效地获取缺陷位置的 形貌和成分信息。
智能图像分析
蔡司ZEN软件的自动化、智能分析为电池材料研究提供准确可靠的量化分析数据,助力高性能锂电材料的 研发和生产, ZEN软件通过自动提取图像中感兴趣区域进行自动测量,可获取粒径分布,百分比含量,孔 隙率,厚度均匀性等数据。
ZEN软件智能图像分析
具有以下特点:
向导式工作流模式便于快捷操作;
用户管理,权限设置便于设备管理;
批量处理,高效处理繁重分析工作;
机器学习算法实现AI 自动识别。
锂电池颗粒度分析
牛津仪器提供的AZtecBattery为电池材料研究清洁度检测自动化解决方案，助力高纯度锂电材料的生产。
其主要原理是通过灰度方法自动提取样品的杂质颗粒，利用EDS获取颗粒成分信息,大范围数据采集，统计所有颗粒的形态和成分并分类，输出专业报告。
AZtecBattery颗粒度分析
具有以下特点:
流程化设置,操作简便;
丰富的分类数据库,可灵活自定义;
自动大范围统计分析。
Size Distributicion | |||||||||
Class/ECD(um) | Subclass/ECD(um) | 5.00-10.00 | 10.00-15.00 | 15.00-20.00 | 20.00-50.00 | 50.00-100.00 | 100.00-150.00 | >=150 | Total |
All Features | 854 | 355 | 215 | 438 | 52 | 1 | 0 | 1915 | |
Fe alloys | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | |
high Fe | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | |
Non-ferrous alloys | 9 | 5 | 1 | 31 | 5 | 0 | 0 | 51 | |
Al | 9 | 5 | 1 | 31 | 5 | 0 | 0 | 51 | |
CI/O salts | 42 | 26 | 11 | 8 | 0 | 0 | 0 | 87 | |
Cathodes | 247 | 195 | 152 | 331 | 30 | 0 | 0 | 955 | |
LFP | 247 | 195 | 152 | 331 | 30 | 0 | 0 | 955 | |
Sulphate | 8 | 7 | 2 | 1 | 0 | 0 | 0 | 18 | |
Metallic oxides | 37 | 10 | 9 | 22 | 1 | 0 | 0 | 79 | |
Al oxide | 31 | 8 | 9 | 22 | 1 | 0 | 0 | 71 | |
Fe oxide | 6 | 2 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 8 | |
Carbonite salts | 130 | 34 | 13 | 12 | 1 | 0 | 0 | 190 | |
Ca carbonites | 128 | 33 | 13 | 11 | 1 | 0 | 0 | 186 | |
K carbonites | 2 | 1 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 4 | |
Non-metallicoxides | 71 | 7 | 5 | 3 | 1 | 0 | 0 | 87 | |
Si oxides | 71 | 7 | 5 | 3 | 1 | 0 | 0 | 87 | |
Fibers | 230 | 53 | 17 | 28 | 12 | 0 | 0 | 340 | |
C/N/O | 37 | 6 | 2 | 1 | 0 | 0 | 0 | 46 | |
No Classification | 43 | 11 | 3 | 1 | 2 | 1 | 0 | 61 | |
钨灯丝扫描电子显微镜
不导电样品的高分辨率表征
出色的电池材料成分分析
自动颗粒度分析助力电池清洁度评价
自动化，智能化，便捷的操作体验
场发射扫描电子显微镜
高分辨率的表面形貌及组分成像
多模态、高精度的成分及晶体结构分析
出色的低电压高分辨精准表征样品真实结构
微观电学及力学性能测量
双束电镜
高性能离子束保证高精度微纳加工,最高分辨率3nm
飞秒激光助力大体积截面高效加工,独立加工舱室避免污染
CryoFIB配合冷冻传输系统最小化加工热损伤及环境污染
高精度连续层析成像边切边看,精准分析样品内部结构
X射线显微镜
高分辨率大样品=维成像,无需破坏或制备样品
缺陷定位可用于后续 FIB 截面加工定位,缩短制样时间
基于人工智能的重构算法提升 4 倍以上的失效分析效率
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