蔡司鋰電池材料解決方案

從研發到生產:鋰電池材料的跨尺度、多模態、可聯動研究平臺

近年來,鋰離子電池已廣泛應用于新能源汽車、消費類電子產品及儲能領域等,伴隨其應用場景的日趨豐富以及產品質 量要求的不斷提升,包括提高電池材料的能量密度、充放電速率、壽命、安全性,以及降低成本的需求不斷增長。鋰電池材料體系迭代創新,需求前景廣闊。

蔡司顯微鏡系統跨尺度、多模態,可聯動研究平臺服務于鋰電池材料產業鏈從研發到生產全流程,針對鋰離子電池正、負極材料、隔膜及關鍵輔材,提供了從材料制樣、理化特性表征到智能數據分析等全方位解決方案,助力鋰電池材料研發,質量控制及失效機制研究。

正極材料

正極材料決定鋰電池的性能、安全和成本，是整個電池的核心。材料的顆粒結構、成分及晶體取向信息的獲取是深入理解其構效關系的關鍵，能夠為材料的改性和新材料的研發提供重要依據。

為應對以上關鍵問題

蔡司為您提供:

低電壓高分辨   大景深SEM成像

粉末顆粒、極片樣品從形貌表征、尺寸測 量到分布統計的全方位分析,不導電樣品 無需鍍膜,磁性樣品直接觀測。

EDS    TOF-SIMS    EBSD  拉曼光譜

通過SEM豐富的拓展功能實現單一、復合材 料精準而全面的元素及晶體結構分析,即   使是鋰元素也可實現ppm級高精度分析。

FIB-SEM快速無損加工

FIB-SEM可實現顆粒及極片樣品截面的快速 無損加工及內部信息獲取。

負極材料

負極材料作為電池充放電過程中鋰離子及電子的載體,其粒徑、孔隙、表面結構及成分等理化特性決定了電池的首次效率、循環壽命等關鍵特性，把握著電池安全性命脈。

為應對以上關鍵問題

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低電壓高分辨SEM成像

前驅體、成品、老化后材料的整體形貌、  分布及表面孔隙、缺陷、包覆物細節等結 構的表征。

EDS    原位拉曼光譜分析

SEM高分辨成像技術配合EDS 、Raman擴展 分析實現復合、摻混材料顆粒及極片樣品 中不同組分的精準區分及分析。

EBIC   納米原位探針分析

SEM配合EBIC及納米原位探針技術實現材料     全生命周期微觀電學及力學性能的精準測量。

隔膜

隔膜能夠在鋰離子電池的充放電過程中隔絕電子、導通離子，其性能的優劣決定著電池的各項關鍵特性。電子束敏感且不導電的隔膜材料往往需要配合低損傷、高精度的形貌及成分表征方法。

為應對以上關鍵問題

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低電壓高分辨SEM成像

干法、濕法、涂敷隔膜內部精細結構、表 界面形貌及厚度的準確表征,樣品均無需 噴鍍。

SEM原位拉曼光譜

SEM 配合原位拉曼分析實現單層、多層聚 合物隔膜材料化學組成的準確表征。

Cryo-FIB配合冷凍傳輸系統

低溫冷凍條件下隔膜截面樣品的快速無損 制備、轉移及內部真實結構分析。

輔助材料

導電劑、粘結劑等是鋰電池的關鍵輔材，分別用于增強電導及各材料間的接觸，兩類材料的粒徑、孔隙結構及分散狀態等對電極生產工藝及電池性能均有著重要的影響。

為應對以上關鍵問題

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低電壓高分辨SEM成像

納米級導電劑、粘結劑材料真實結構的高 分辨無損表征。極片中主材、添加劑材料 的分布狀態分析及形貌成分精準表征。

Laser-FIB高效快速的樣品制備

Laser-FIB飛秒激光技術實現極片樣品的大尺度截  面的高效快速制備,加速內部結構和成分研究。

Atlas 5 3D分析

通過Atlas 5 3D軟件,配合FIB-SEM可實現極 片樣品實時3D成像分析,=維重構軟件邊  切邊看,   自動分析主材、添加劑及孔隙結  構的=維分布。

關聯解決方案  

老化后電池材料的形態及化學性質信息能夠指導材料老化機制研究，進而對其性能及安全特性進行針對性的改善。然而,目標材料通常位于電芯或極片內部，傳統的SEM表面成像無法觀測，需要依靠關聯多種顯微成像手段進行=維定位及關聯分析。

為應對以上關鍵問題

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XRM,  FIB-SEM和EDS關聯解決方案

  X射線顯微鏡可對電池內部缺陷=維無損  定位及亞微米級成像分析。對電池內部特 定材料進行精準定位及智能分析。

 通過Atlas 5 3D軟件,配合FIB-SEM可實現   內部缺陷位置自動識別、高精度定位切割 及成像分析,快速有效地獲取缺陷位置的 形貌和成分信息。

智能圖像分析  

蔡司ZEN軟件的自動化、智能分析為電池材料研究提供準確可靠的量化分析數據,助力高性能鋰電材料的 研發和生產,  ZEN軟件通過自動提取圖像中感興趣區域進行自動測量,可獲取粒徑分布,百分比含量,孔 隙率,厚度均勻性等數據。

ZEN軟件智能圖像分析

具有以下特點:

  向導式工作流模式便于快捷操作;

  用戶管理,權限設置便于設備管理;

  批量處理,高效處理繁重分析工作;

  機器學習算法實現AI 自動識別。

鋰電池顆粒度分析  

牛津儀器提供的AZtecBattery為電池材料研究清潔度檢測自動化解決方案，助力高純度鋰電材料的生產。

其主要原理是通過灰度方法自動提取樣品的雜質顆粒，利用EDS獲取顆粒成分信息,大范圍數據采集，統計所有顆粒的形態和成分并分類，輸出專業報告。

AZtecBattery顆粒度分析

具有以下特點:

  流程化設置,操作簡便;

  豐富的分類數據庫,可靈活自定義; 

  自動大范圍統計分析。

鎢燈絲掃描電子顯微鏡

不導電樣品的高分辨率表征

出色的電池材料成分分析

自動顆粒度分析助力電池清潔度評價

自動化，智能化，便捷的操作體驗

場發射掃描電子顯微鏡

高分辨率的表面形貌及組分成像

多模態、高精度的成分及晶體結構分析

出色的低電壓高分辨精準表征樣品真實結構

微觀電學及力學性能測量

雙束電鏡

高性能離子束保證高精度微納加工,最高分辨率3nm

飛秒激光助力大體積截面高效加工,獨立加工艙室避免污染

CryoFIB配合冷凍傳輸系統最小化加工熱損傷及環境污染

高精度連續層析成像邊切邊看,精準分析樣品內部結構

X射線顯微鏡

高分辨率大樣品=維成像,無需破壞或制備樣品

缺陷定位可用于后續 FIB 截面加工定位,縮短制樣時間

基于人工智能的重構算法提升 4 倍以上的失效分析效率