Mikroskop unterstützt die Prüfung mehrerer Dimensionen von Batterien
Optische Mikroskope stammen aus dem 17. Jahrhundert und nutzen die Wellenlänge des sichtbaren Lichts, um Objekte auf eine Auflösung von einem Mikrometer zu vergrößern. Sie werden häufig in den Biowissenschaften, der Materialwissenschaft und anderen Bereichen eingesetzt. Im Bereich Batterien können sie die Elektrodenstruktur beobachten, Elektrodendefekte und das Wachstum von Lithiumdendriten erkennen und wertvolle Daten für die Batterieforschung und -entwicklung liefern. Aufgrund der Beschränkung der Wellenlänge des sichtbaren Lichts ist der Beobachtungsbereich jedoch begrenzt, was durch Elektronenmikroskopie gut gelöst werden kann.
Das 1931 eingeführte Elektronenmikroskop verwendet einen Elektronenstrahl, um ein Objekt um den Faktor 3 Millionen zu vergrößern und so eine Auflösung im Nanometerbereich zu erreichen. Aufgrund der höheren Auflösung des Elektronenmikroskops können in der Forschung und Entwicklung im Bereich Batterien mit verschiedenen Sonden mehrdimensionale Informationen (Zusammensetzung, Charakterisierungsinformationen, Partikelgröße, Zusammensetzungsverhältnis usw.) gewonnen werden, um positive und negative Elektrodenmaterialien, leitfähige Stoffe und mehr Mikrostrukturen wie Klebstoffe und Membranen zu erkennen (Beobachtung der Morphologie des Materials, des Verteilungszustands, der Partikelgröße, des Vorhandenseins von Defekten usw.).
▲ SEM-Bilder von positiven und negativen Batteriematerialien, Leitmitteln, Bindemitteln und Membranen. Quelle: Zeiss (getestet mit Zeiss-Elektronenmikroskop)
Rasterelektronenmikroskop aufgrund seiner hohen Auflösung. Rasterelektronenmikroskop. Kann die Oberflächenmorphologie des Materials klar widerspiegeln und aufzeichnen und ist somit eines der bequemsten Mittel zur Charakterisierung der Materialmorphologie
Batterieinspektion: Von 2D auf 3D
Obwohl die 2D-Planarprüfung einfach und effektiv ist, kann sie manchmal verzerrt sein. 3D-Bildgebung liefert Entwicklern intuitivere Prüfergebnisse und verbessert so die Effizienz und Leistung der Batterieentwicklung.
Insbesondere Röntgenmikroskopie-Technologien wie die Zeiss Xradia Versa-Serie ermöglichen eine hochauflösende, zerstörungsfreie 3D-Abbildung des Batterieinneren und unterscheiden zwischen Elektrodenpartikeln und Poren, Membran und Luft usw., was den Prozess erheblich vereinfachen und Zeit sparen kann.
▲Hochauflösende Abbildung des Inneren einer Zelle (Scannen der gesamten Probe – Auswählen des Bereichs von Interesse – Heranzoomen und Durchführen einer hochauflösenden Abbildung) Bildnachweis: ZEISS (getestet mit dem Röntgenmikroskop der ZEISS XRadia Versa-Serie)
Darauf aufbauend führt ZEISS eine vierdimensionale Methode zur Charakterisierung der Gewebeentwicklung ein, die es ermöglicht, mehr Informationen zu erhalten und feinere Details zu liefern
Die nächste Generation der fokussierten Ionenstrahltechnologie (FIB) ist die bevorzugte Wahl, wenn weitere hochauflösende Analysen erforderlich sind. FIB in Kombination mit SEM ermöglicht die Feinbearbeitung und Beobachtung von Proben im Nanobereich. Zeiss und Thermo Fisher haben beide entsprechende Mikroskopprodukte auf den Markt gebracht.
4. In-situ-Zelltests und multitechnologische Anwendungen
Eine einzelne Prüfmethode kann die Materialeigenschaften oft nicht vollständig beschreiben. Daher hat die Industrie verschiedene Prüfgeräte eingeführt, die zusammenarbeiten, um eine Korrelation mehrerer Methoden zu erreichen. Dies wiederum ermöglicht es, während der Prüfung mehrdimensionale Informationen zu erhalten, wodurch die Ergebnisse intuitiver werden.
Ausgangspunkt für die Multimethodenkorrelation war zunächst die Notwendigkeit, das zu testende Objekt bei unterschiedlichen Auflösungen zu beobachten. Durch CT→Röntgenmikroskopie→FIB-SEM können durch Auswahl eines Bereichs und schrittweises Heranzoomen umfassendere und genauere Informationen gewonnen werden, während eine schnelle Positionierung realisiert werden kann, was die Tests effizienter macht.
▲Multiskalige Korrelationsanalyse von Anodenmaterialien
Um In-situ-Analysen in mehreren Maßstäben durchzuführen, haben beispielsweise WITec (Deutschland), Tescan (Tschechische Republik) und Zeiss das RISE-System auf den Markt gebracht, das die kombinierte Anwendung von Raman-Bildgebung und SEM-Technologie realisiert. Durch die Kombination von Zelloberflächentopographie (SEM), Elementverteilung (EDS) und Informationen zur molekularen Zusammensetzung des Elektrodenmaterials (Raman-Mapping)
