島津X射線微焦點(diǎn)CT對汽車動(dòng)力電池從正負(fù)極材料到裝配好的電池都可以實(shí)行無損檢測，觀察正、負(fù)極材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)，確認(rèn)顆粒尺寸分布，助推研發(fā)和品質(zhì)管控，也可以實(shí)現(xiàn)在充放電過程中進(jìn)行原位測試，便于實(shí)行工藝優(yōu)化和控制。

 鋰離子電池電極3D像

本文展示島津CT在正極材料和負(fù)極材料觀測和尺寸測量方面的應(yīng)用，是為上篇。下篇將展示島津CT在成品電池觀測方面的應(yīng)用，以及充放電時(shí)的原位觀測。

正負(fù)極材料CT觀察

汽車動(dòng)力鋰電池原材料現(xiàn)有主材主要有四種：正極材料、負(fù)極材料、隔離膜和電解液。X射線微焦點(diǎn)CT對汽車動(dòng)力鋰電池原材料分析中，能夠清晰觀察正、負(fù)極材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)及測量尺寸，輕松確認(rèn)組成顆粒的大小、顆粒大小的變化和厚度等。而正、負(fù)極材料中的顆粒尺寸大小、物相是否均一、粉體粒徑的大小及分布是否均勻決定了動(dòng)力鋰電池的性能，因此用X射線微焦點(diǎn)CT觀察正、負(fù)極材料變得尤為重要。

島津inspeXio SMX-100CT

正極材料觀察及分析

通過掃描一塊長寬約為2mm的正方形的正極材料，得到MPR（多平面重建）圖像（圖1），可以觀察出正極材料具有顆粒狀結(jié)構(gòu)。

圖1  正極MPR圖像

再通過軟件對其尺寸測量，如圖2所示，表明組成顆粒大小都約為20μm，再通過3D圖像(圖3)顯示可以確認(rèn)正極具有分層的結(jié)構(gòu)。

                                             圖2  正極尺寸測量圖像                                       圖3 正極3D  

負(fù)極材料觀察及分析

同樣通過掃描一塊長寬約為2mm的正方形的負(fù)極材料，得到MPR（多平面重建）圖像（圖4），可以觀察出負(fù)極材料具有魚鱗片狀結(jié)構(gòu)。

圖4 負(fù)極MPR圖像

再通過軟件對其尺寸測量，如圖5所示，石墨片長度約為100μm。圖6所示是負(fù)極的CT圖像3D顯示效果。在該圖中，石墨被涂成藍(lán)色，以區(qū)別于黃色的銅箔。通過這種方式，可以通過3D顯示效果來三維觀察負(fù)極。

                                                 圖5 負(fù)極尺寸測量圖像                                      圖6 負(fù)極3D圖像

島津微焦點(diǎn)X射線CT能夠無損觀察物品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。因此，可用于分析有缺陷的電池、比較合格和不合格的電池、比較充電或放電前后的電池狀態(tài)、評估循環(huán)測試期間的電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化等。在此示例中，使用了inspeXio SMX-100CT微焦點(diǎn)X射線CT系統(tǒng)觀察可充電鋰離子電池中的電極，并進(jìn)行顆粒尺寸測量，進(jìn)而為工藝優(yōu)化及質(zhì)量控制提供科學(xué)可靠的指導(dǎo)。