国仪量子 国产SEM5000锂电池专用场发射扫描电镜 锂电正极 锂电负极 锂电隔膜

发布时间：2023年03月

   随着国家全面推进“碳达峰、碳中和”战略，新能源产业成为实现国家双碳目标、推动能源转型的重要力量。锂离子电池以其体积小、能量密度高、循环寿命长、环境污染小等优点，覆盖消费电子产品、电动工具、新能源汽车、清洁电器、储能等众多应用场景，是促进新能源产业发展的重要力量。这也对锂离子电池制造的相关材料、工艺技术、效益、成本、制造装备等方面提出了更高要求。

SEM5000是一款分辨率高、功能丰富的场发射扫描电子显微镜。
先进的镜筒设计，高压隧道技术（SuperTunnel）、低像差无漏磁物镜设计，实现了低电压高分辨率成像，同时磁性样品可适用。光学导航、完善的自动功能、精心设计的人机交互，优化的操作和使用流程，无论经验是否丰富，都可以快速上手，完成高分辨率拍摄任务。

电子枪类型：高亮度肖特基场发射电子枪

分辨率：1.0 nm @ 15 kV；1.5 nm @ 1 kV

放大倍率：1 ~ 2,500,000 x

加速电压：20 V ~ 30 k

样品台：五轴全自动样品台

产品特点：

01 分辨率高，低加速电压下实现高分辨成像

02 电磁复合物镜，减小像差，显著提高低电压下的分辨率，而且可观察磁性样品

03 高压隧道技术(SuperTunnel) ，在隧道中的电子能保持高能量，减少了空间电荷效应，低电压分辨率得到保证

04 电子光路无交叉，有效的降低系统像差，提升分辨能力

05 水冷恒温物镜，保证物镜工作的稳定性、可靠性和可重复性

06 磁偏转六孔可调光阑，自动切换光阑孔，无需机械调节，实现高分辨率观察或大束流分析模式快速切换

产品参数

　锂电池市场的需求主要来自电子产品市场和电动汽车市场。我国的智能手机、平板电脑和移动电源等便携式消费电子行业的发展非常迅速，导致对小型锂离子电池的需求也随之稳步增长。此外，新能源汽车相继进入市场，国家也通过了许多相关的政策来支持新能源汽车的发展，大型锂离子电池的市场需求也在不断增加。我国锂离子电池行业在处于高发展阶段。

　SEM扫描电镜可以快速提供锂电池样品准确和完整的信息，从而帮助锂电制造商进一步优化他们的生产过程。

负极材料

锂离子电池负极材料的颗粒性质对锂离子电池（LIBs）的首次效率、循环性能等有重要影响，通常会使用扫描电镜观察负极材料的形貌，来帮助判断负极材料的各向异性、Li+嵌入/脱出的迁移路径等重要性质。同时，使用SEM（扫描电镜）可对负极材料颗粒的尺寸、颗粒度进行精确的统计分析。

目前负极材料主要包括碳负极材料、金属氧化物、合金材料和硅基材料^[1]。碳材料中的石墨是目前最常用的负极材料，国仪量子的场发射扫描电镜具有的低压高分辨特性，可以清晰地观察石墨表面的片层形貌。

图1 石墨负极的表面形貌

人造石墨在锂离子电池（LIBs）负极材料中的市场占有率在70%以上，但石墨的理论容量仅为372mA·h/g。近年来硅碳复合材料、钛酸锂、新型合金、过渡金属氧化物等具有较高容量和安全性的新型负极材料也逐渐投入商业使用，形成产业化。

图2 硅碳负极材料

图3 钛酸锂

正极材料

在锂离子电池中，正极材料和隔膜是除了负极材料外最关键的两类原材料。

正极材料决定了锂离子电池（LIBs）的体积能量密度、循环寿命、稳定性、安全性等重要性能，LIBs相关的电化学性能指标与正极材料的主元素含量、晶体结构、颗粒度大小、颗粒形状密切相关^[2]。使用场发射扫描电镜可以对正极材料及其前驱体的单颗粒形貌，颗粒分布情况等进行表征，并结合能谱对原料成分和杂质进行检验。正极材料制备时选择的工艺，烧结时的投料、温度，烧结后的研磨情况等，都会影响最终得到的正极材料颗粒的尺寸和形貌^[3]。

图4 钴酸锂正极材料

在正/负极电极极片中，除了正/负极材料作为活性物质外，还需要使用粘结剂将主料固定到导电集流体上，同时在其中添加导电剂，然后将浆料涂覆在集流体上，经过辊压、分切、制片等工艺过程获得最终的极片。使用扫描电镜（SEM）可以对极片表面活性物质、导电剂的均匀程度和分散性以及加工后正负极颗粒的完整性进行检测。

图5 正极极片、负极极片及极片表面的导电添加剂

隔膜

隔膜在锂离子电池中起到防止正负极物理接触，提供锂离子传输微孔通道的作用。锂离子电池隔膜的孔径尺寸、多孔程度、分布均一性、厚度直接影响电解液的扩散速率和安全性。使用场发射扫描电镜，可以在低加速电压下清晰地观察隔膜的孔径尺寸和分布均匀性，避免高能电子束对隔膜造成的损伤。

图6 湿法拉伸隔膜

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