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　　在鋰電池的生產(chǎn)制造過(guò)程中，異物對鋰電池的性能和安全性有著(zhù)非常嚴重的影響。特別是金屬異物在電池內部會(huì )引起的枝晶、隔膜穿孔等問(wèn)題，會(huì )導致電池短路、自放電率升高，甚至會(huì )引發(fā)火災、爆炸等嚴重的安全隱患。

　　另一方面，被視為下一代電池技術(shù)重要發(fā)展方向的固態(tài)鋰電池，因其采用固態(tài)電解質(zhì)，相較于傳統液態(tài)電解質(zhì)的鋰電池，具有更高安全性、更長(cháng)壽命和更高的能量密度。但目前固態(tài)鋰電池仍有很多亟待解決的技術(shù)難題，例如固態(tài)電解質(zhì)的穩定性不足、離子傳導率較低、正負極與固態(tài)電解質(zhì)的界面接觸阻抗較高、金屬鋰負極易膨脹等問(wèn)題。

　　無(wú)論是當前鋰電池生產(chǎn)過(guò)程中存在的異物問(wèn)題，還是下一代固態(tài)鋰電池研發(fā)面臨的技術(shù)難題，都對深入研究鋰電池材料的微觀(guān)結構提出了極高要求。而電子顯微鏡作為探索微觀(guān)世界的“王牌利器”，已成為突破鋰電池材料及固態(tài)鋰電池材料顯微表征難點(diǎn)不可或缺的工具之一。

　　在日前舉行的第九屆動(dòng)力電池應用國際峰會(huì )(CBIS2024)上，賽默飛世爾科技(中國)有限公司相關(guān)業(yè)務(wù)專(zhuān)家王慧敏，在題為《鋰離子電池研發(fā)與生產(chǎn)中的顯微表征難點(diǎn)及解決方案》的主題演講中，針對鋰電池、固態(tài)電池材料顯微表征的難點(diǎn)，提出了賽默飛的解決方案，助力電池生產(chǎn)。

圖為賽默飛世爾科技(中國)有限公司相關(guān)業(yè)務(wù)專(zhuān)家王慧敏發(fā)表演講

　　利用聚焦離子束顯微鏡進(jìn)行透射樣品制備，進(jìn)而利用透射電鏡對固態(tài)電解質(zhì)等儲能材料進(jìn)行高分辨尺度表征，是研究機理的有利手段。然而在這些儲能材料的制備和表征過(guò)程中，會(huì )面臨許多挑戰，例如鋰金屬負極對于空氣極其敏感，如何能在保持材料本征特性的條件下，進(jìn)行材料轉移及制備;固態(tài)電解質(zhì)極易被電子輻照損傷，如何觀(guān)察到其本征形貌等。針對這些挑戰，賽默飛均提供了相應的解決方案。

　　電池制造中使用的許多材料，都對空氣非常敏感，如鋰金屬、硫化物固態(tài)電解質(zhì)、充電電極等，它們對空氣中的水分和氧氣都很敏感。在處理這些空氣敏感材料時(shí)，必須在沒(méi)有氧氣和水分的環(huán)境中處理，以防止它們降解或性質(zhì)改變。

　　針對空氣敏感材料，賽默飛推出全新的惰性氣體樣品保護與轉移系統(CleanConnect)，實(shí)現隔絕空氣的轉移，保證微觀(guān)結構與化學(xué)成分的穩定性。據介紹，該系統利用惰性氣體如氬氣，來(lái)創(chuàng )建一個(gè)無(wú)氧和無(wú)水分的環(huán)境，可實(shí)現空氣敏感樣品從手套箱轉移到掃描電鏡、雙束電鏡中，進(jìn)行分析表征或透射電子顯微鏡樣品制備，再到透射電子顯微鏡中，進(jìn)行原子級分析表征的需求。該解決方案可幫助客戶(hù)拓展敏感材料的研究邊界，更好地探索未知領(lǐng)域。

　　針對電子束敏感材料，賽默飛推出冷凍雙束電鏡(Cryo-FIB-SEM)與冷凍透射電鏡(Cryo-TEM)成像解決方案等。例如隔膜、固態(tài)電解質(zhì)、MOF、鈣鈦礦等材料，對電子束非常敏感，電子束易誘發(fā)陽(yáng)離子遷移產(chǎn)生相變，或直接打壞樣品。賽默飛通過(guò)在電鏡中加裝一系列冷凍部件，形成一整套冷凍的方案。王慧敏舉例稱(chēng)，含電解液的隔膜樣品，可以在冷凍制備艙中進(jìn)行冷凍，傳輸至電鏡中進(jìn)行冷凍切割觀(guān)察，或制備出薄片，如果需要對其進(jìn)行透射電鏡原子級別的觀(guān)察，也可以傳輸至透射電鏡中進(jìn)行觀(guān)察。下圖是賽默飛利用冷凍電鏡制備的含電解液與銅枝晶的隔膜截面，可以看到隔膜樣品沒(méi)有損傷。

　　此外，針對電池生產(chǎn)過(guò)程中異物的管控，賽默飛還研發(fā)出了掃描電鏡和顆粒物全自動(dòng)分析的解決方案。通過(guò)該解決方案，可以在生產(chǎn)產(chǎn)線(xiàn)將異物顆粒識別出來(lái)，進(jìn)行一系列自動(dòng)顆粒的分析，根據得出的能譜圖自動(dòng)生成報告，將顆粒物的類(lèi)型進(jìn)行分析歸類(lèi)，助力電池生產(chǎn)。

　　據介紹，賽默飛世爾科技(紐約證交所代碼：TMO)是賦能科技進(jìn)步的全球領(lǐng)導者，目前的年營(yíng)業(yè)收入超過(guò)400億美元，致力于攜手客戶(hù)使世界更健康、更清潔、更安全。賽默飛自1982年正式進(jìn)入中國，至今已在中國發(fā)展超40年，其總部位于上海，在北京、廣州、香港、成都、沈陽(yáng)、西安、南京、武漢、濟南等地設有分公司。

　　賽默飛世爾科技能夠為客戶(hù)提供一整套，包括高端分析儀器、實(shí)驗室裝備、軟件、服務(wù)、耗材和試劑在內的實(shí)驗室綜合解決方案。近年來(lái)，賽默飛聚焦鋰離子電池行業(yè)，其從研發(fā)到來(lái)料控制、質(zhì)量控制到失效分析等，都有非常完整的解決方案。