OPTON的微观世界|锂离子电池隔膜的显微世界

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。