Le microscope facilite l'inspection de plusieurs dimensions des batteries
Créés au XVIIe siècle, les microscopes optiques utilisent la longueur d'onde de la lumière visible pour agrandir les objets jusqu'à une résolution d'un micromètre et sont largement utilisés dans les sciences de la vie, la science des matériaux et d'autres domaines. Dans le domaine des batteries, il peut observer la structure des électrodes, détecter les défauts des électrodes et la croissance des dendrites de lithium, et fournir des données précieuses pour la recherche et le développement des batteries. Cependant, sa plage d'observation est limitée en raison de la limitation de la longueur d'onde de la lumière visible, ce qui est bien résolu par la microscopie électronique.
Introduit en 1931, le microscope électronique utilise un faisceau d'électrons pour grossir un objet d'un facteur de 3 millions afin d'atteindre une résolution nanométrique. En raison de la résolution plus élevée du microscope électronique, dans la R&D de la batterie, avec différentes sondes, peut obtenir des informations multidimensionnelles (composition, informations de caractérisation, taille des particules, rapport de composition, etc.), pour obtenir des matériaux d'électrodes positives et négatives. , détection d'agents conducteurs et de microstructures comme les adhésifs et les diaphragmes (observation de la morphologie du matériau, de l'état de répartition, de la granulométrie, de la présence de défauts, etc.)
▲ Images SEM de matériaux de batterie positifs et négatifs, d'agents conducteurs, de liants et de diaphragmes Source : Zeiss (testé au microscope électronique Zeiss)
Microscope électronique à balayage en raison de sa haute résolution. Microscope électronique à balayage. Peut clairement refléter et enregistrer la morphologie de surface du matériau, devenant ainsi l'un des moyens les plus pratiques pour caractériser la morphologie du matériau
Inspection des batteries : de la 2D à la 3D
Bien que l’inspection planaire 2D soit simple et efficace, elle peut parfois être biaisée. L'imagerie 3D fournit aux développeurs des résultats d'inspection plus intuitifs, améliorant ainsi l'efficacité et les performances du développement des batteries.
En particulier, la technologie de microscopie à rayons X, telle que la série Zeiss Xradia Versa, permet une imagerie 3D non destructive haute résolution de l'intérieur de la batterie, en distinguant les particules et les pores de l'électrode, le diaphragme et l'air, etc., ce qui peut grandement simplifier le processus et gagner du temps
▲Imagerie haute résolution de l'intérieur d'une cellule (numérisation de l'échantillon entier - sélection de la région d'intérêt - zoom avant et réalisation d'une imagerie haute résolution) Crédit : ZEISS (testé avec le microscope à rayons X de la série ZEISS XRadia Versa)
Sur cette base, ZEISS introduit une méthode de caractérisation de l'évolution des tissus en quatre dimensions qui permet d'obtenir plus d'informations et de fournir des détails plus fins.
La technologie à faisceau d'ions focalisé (FIB) de nouvelle génération est le choix privilégié lorsque des analyses supplémentaires à haute résolution sont nécessaires. Le FIB combiné au SEM permet un traitement fin et l'observation d'échantillons à l'échelle nanométrique. Zeiss et Thermo Fisher ont tous deux lancé des produits de microscopie associés
4. Tests cellulaires in situ et applications multi-technologiques
Il arrive souvent qu’une méthode de test ne caractérise pas entièrement les propriétés des matériaux. Par conséquent, l'industrie a adopté différents équipements de test pour travailler ensemble afin d'obtenir une corrélation multi-méthodes, ce qui permet d'obtenir des informations multidimensionnelles pendant les tests, rendant les résultats plus intuitifs.
Au début, le point de départ de la corrélation multi-méthodes était la nécessité d’observer l’objet testé à différentes résolutions. En utilisant la microscopie à rayons X → FIB-SEM, en sélectionnant une zone et en zoomant progressivement, des informations plus complètes et plus précises peuvent être obtenues, tandis qu'un positionnement rapide peut être réalisé, rendant les tests plus efficaces.
▲Analyse de corrélation multi-échelle des matériaux d'anode
Afin de réaliser des analyses multi-échelles in situ, telles que WITec (Allemagne), Tescan (République tchèque) et Zeiss ont lancé le système RISE, qui réalise l'application combinée de l'imagerie Raman et de la technologie SEM. Grâce à la combinaison de la topographie de la surface cellulaire (SEM), de la distribution élémentaire (EDS) et des informations sur la composition moléculaire du matériau de l'électrode (cartographie Raman)
