概述
在包括锂离子电池的二次电池中,隔膜是不可或缺的重要组分。其作用在于:一、隔膜本身不导电,将电池正极和负极分隔开来,防止电池出现内部短路;二、隔膜具有微观程度上的孔洞结构,利于电极液中离子的传递,保证了充电与放电过程中离子的有效迁移。
一、样品制备
小编所选用的样品为聚丙烯(polypropylene,PP)型锂离子电池隔膜,为了了解锂离子电池隔膜的相关结构,小编决定从表面和截面两种状态下进行分析。对样品进行喷金处理后,直接固定在碳导电胶上从而进行平面样品的观测,截面样品的制备同样借助了 Gatan 的氩离子抛光仪。
二、锂离子电池隔膜表面的 SEM 分析
利用ZEISS扫描电子显微镜观察锂离子电池隔膜的表面如图1,与隔膜宏观上光滑的表面不同,放大后可以发现,隔膜表面存在着大量的孔洞结构。将样品进一步放大可以发现,隔膜表面的孔洞孔径介于100至200纳米,且由表面延伸至隔膜内部。
图1. 锂离子电池隔膜表面的SEM图像
三、锂离子电池隔膜截面的 SEM 分析
锂离子电池隔膜的多孔程度直接影响着电解液的扩散速率,对电池的性能有很大的影响,因此分析隔膜内部的孔洞结构具有重要意义。图2为隔膜的截面扫描图像。由图像可知,采用 Gatan氩离子抛光仪抛光处理过后的表面平整光滑,其相对于普通剪切处理得到的截面更易获得理想的图像。隔膜内部的孔洞相互贯通,并且由隔膜表面延伸至内部。由放大图像可知,隔膜的孔洞是由数十纳米的纤维形成的。
图2. 锂离子电池隔膜截面的SEM图像
结论
通过扫描电镜对隔膜细微结构的分析,可知锂离子电池隔膜的内部存在着大量的无序孔洞结构,孔洞的尺寸在100至200纳米之间。二次电池发展至今,大量新型电池涌现,对于电池隔膜的需求也变得多样,对于功能性隔膜的报道不断发表。具有强大功能和普适性的扫描电子显微镜作为一种直观的、有效的表征手段,将在新型材料的探究中将扮演重要的角色。
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