【锂电池电镜制样方法专题】
锂电池材料的内部结构研究手段,你选对了吗?(三)

--- 锂电池隔膜文献篇

作者:包沈源

图1 文献“The functional separator for lithium-ion batteries based on phosphonate modified nano-scale silica ceramic particles”(“基于磷酸酯修饰的纳米尺寸氧化硅陶瓷颗粒材料制备的功能化锂电池隔膜材料”)题目、作者、杂志及出版日期。[1]

我们以一篇聚焦提升锂电池隔膜耐热和防火性能的文献为例(发表于Journal of Power Sources, IF: 9.127, 图1),分析其电镜制样方法,及其相应的实验结果。[1]

图2 mSiO2颗粒涂覆到聚乙烯隔膜的流程示意图。

本文,作者使用磷酸酯修饰的纳米尺寸氧化硅陶瓷颗粒制备了具有优异热稳定性和阻燃性的隔膜材料,提升了锂电池的安全性能。该隔膜利用无水聚合技术,在氧化硅(SiO2)颗粒上连接二甲基乙烯基磷酸酯(dimethyl vinylphosphonate, DMVP),随后将修饰后的氧化硅(mSiO2)颗粒涂覆在聚乙烯隔膜(polyethylene separator)表面(图2),其能够保护隔膜在200°C条件下不发生形变,也能提高阻燃性能。并且得益于有机磷酸盐的固定作用,在第一次循环中,该隔膜制备的纽扣电池没有观察到不可逆的放电容量和库伦效率降低。

图3 (a)和(c)为普通的SiO2颗粒及其涂覆的隔膜横截面SEM图像;(b)和(d)为修饰后的SiO2(mSiO2)颗粒及其涂覆的隔膜横截面SEM图像;(e)为mSiO2颗粒涂覆的隔膜EDS图像。

如图3(a)和(b),作者直接拍摄了两种SiO2颗粒的SEM图像。再使用Leica EM TIC3X对两种SiO2颗粒涂覆的隔膜进行离子束切割,制备无应力损伤的样品横截面。如图3(c)和(d)所示,通过SEM观察可见表面SiO2涂层平整光滑,未发现应力引起的扭曲或断裂,隔膜孔道清晰可见,未看到热损伤造成的融化现象。并且,EM TIC3X加工所得隔膜截面干净无污染,没有观测到反向沉积层。同时,EDS图像(图3(e))显示所制备隔膜截面各组分界线清晰明了,未观察到其他杂质,表明使用EM TIC3X离子束切割技术制备的样品截面,不会引入杂质元素,影响样品化学组分分析。

参考文献:

[1] Boyang Huang, Haiming Hua, Longqing Peng, Xin Wang, Xiu Shen, Ruiyang Li,

Peng Zhang, and Jinbao Zhao. The functional separator for lithium-ion batteries based on phosphonate modified nano-scale silica ceramic particles. J. Power Sources, 2021, 498, 229908. 


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