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岛津SPM是如何实现电池隔膜的检测的

信息化时代使得笔记本电脑、平板电脑、手机等成为每个人的标配,为确保这些电子产品的正常运行,锂离子电池可谓功不可没,它利用小小的锂离子透过隔膜,在正负极之间往复运动,实现充放电过程。

千万不要小看这薄薄的隔膜噢,它可是性命攸关的“关键部件”!什么?危言耸听?2016年某品牌手机爆炸以及2019年8月首都机场一架国航A330客机失火(价值约17亿的飞机报废)均是由于锂电池隔膜破裂引起短路起火导致的呢!!!

如何判断隔膜是否符合使用要求,尤其是在过热条件下是否会失效呢?

岛津SPM是如何实现电池隔膜的检测。

SPM的英文全称为Scanning Probe Microscopy,译为扫描探针显微镜,也就是大家常说的原子力显微镜(AFM)(注:原子力显微镜只是扫描探针显微镜的一种)。其工作原理为利用细微的探针在样品表面扫描的同时,检测探针与样品之间相互作用的物理量,它不仅可表征材料表面的形貌、粗糙度,还可测试材料的电流电势分布以及磁畴分布情况,是材料科学领域不可或缺的表征仪器。

扫描探针显微镜SPM-9700HT(带环境控制舱)

 

  • 三种市售锂离子电池检测

将其隔膜取出,采用岛津SPM-9700HT的动态模式进行表面形貌观察,如下图所示,图中黑色部分表示隔膜中的孔隙,其确保锂离子的自由进出,确保充放电过程的进行。孔隙的大小及密度直接关系到隔膜的性能及应用范围。

3种隔膜的SPM图像

 

  • 电子产品在使用过程中会不断产生热量

导致隔膜的使用温度不断上升,我们又该如何模拟不同温度下隔膜的使用情况呢?为解决上述问题,岛津SPM还贴心配备了环境控制舱,可实现对样品的原位加热。以样品1为例,如下图所示,

 

  • 我们可以发现

随温度的不断升高,隔膜会逐渐膨胀,孔隙随之缩小,从几百纳米缩小到几十纳米;当达到较高温度时(如140 °C),仅少量孔隙可见,多数孔隙已变形、堵塞,这将阻碍锂离子在正负极之间的传输,影响电池的性能;如果温度进一步升高的话,可能会引起隔膜破裂,从而引发电池短路,造成严重的安全问题。但隔膜或电池开发者在产品开发时,可利用SPM模拟实际应用场景,对隔膜的性能进行预估,判定其是否满足我们日常的使用需求,从而守护大家的安全!

 

小结

使用岛津SPM,可以轻松实现锂离子电池隔膜的检测;通过配备环境控制舱,尽可能模拟其实际应用场景,实现隔膜在不同气氛(如氮气、氩气、真空)中原位加热测试,进而对隔膜的性能进行更准确的预估,从而为大家的安全保驾护航!

 

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