AFM Evaluation of Different-Sized Active Materials and Interface of All-Solid-State Lithium-Ion Batteries
Postery | 2023 | ShimadzuInstrumentace
Se stoupajícími nároky na energetickou účinnost a bezpečnost se stávají solidní elektrolyty v lithium-iontových bateriích klíčovým prvkem budoucích úložišť energie. All-solid-state lithium-ion batteries (ASSLiB) nabízejí vyšší energetickou hustotu, prodlouženou životnost a eliminaci hořlavých kapalných elektrolytů.
Cílem studie je zkoumat vliv velikosti částic TiO2 jako záporného aktivního materiálu na kvalitu rozhraní s oxidovým superionickým elektrolytem (LAGP) pomocí skenovacího mikroskopu AFM a fotosondy Kelvinova typu (KPFM). Studie se zaměřuje na hodnocení topografie, rozložení potenciálu a vodivosti před i po cyklech nabíjení/vybíjení.
Materiály:
Metody:
Topografie záporného elektrody odhalila dobře definované tvary částic TiO2 odpovídající nominálním velikostem (150 nm a 1 µm). Bez horkého lisování se ve vrstvě rozhraní objevily mezery, které významně zvyšují odpor, zatímco po použití lisování vznikla kompaktní struktura bez viditelných otvorů.
KPFM na kladné elektrodě ilustrovalo zvýšení povrchového potenciálu z 0,75 V na 2,98 V po cyklech nabíjení/vybíjení, což signalizuje akumulaci náboje a poruchu iontové vodivosti. Zobrazení místní vodivosti prokázalo nerovnoměrné rozložení uhlíkového nosiče a omezené kontakty vedoucí ke sníženému proudu.
AFM/KPFM umožnily vyhodnotit rozměry částic, stav rozhraní a degradaci v časné fázi, dříve než se projeví ve standardních elektrochemických testech. Identifikace nehomogenní distribuce uhlíkového nosiče otevírá cestu k optimalizaci směsi a technologii lisování.
Další vývoj se zaměří na:
Studie prokázala, že velikost částic a proces horkého lisování zásadně ovlivňují kvalitu rozhraní ASSLiB. AFM a KPFM poskytly detailní vhled do topografie, potenciálového profilu a vodivosti, což umožnilo navrhnout kroky ke zlepšení výkonu a životnosti baterií.
1) E. Iida et al., SPM/AFM Evaluation of Interface of All-Solid-State Lithium-Ion Batteries, IVC-22, Sapporo, Japan (September 13, 2022)
Mikroskopie
ZaměřeníMateriálová analýza
VýrobceShimadzu
Souhrn
Význam tématu
Se stoupajícími nároky na energetickou účinnost a bezpečnost se stávají solidní elektrolyty v lithium-iontových bateriích klíčovým prvkem budoucích úložišť energie. All-solid-state lithium-ion batteries (ASSLiB) nabízejí vyšší energetickou hustotu, prodlouženou životnost a eliminaci hořlavých kapalných elektrolytů.
Cíle a přehled studie / článku
Cílem studie je zkoumat vliv velikosti částic TiO2 jako záporného aktivního materiálu na kvalitu rozhraní s oxidovým superionickým elektrolytem (LAGP) pomocí skenovacího mikroskopu AFM a fotosondy Kelvinova typu (KPFM). Studie se zaměřuje na hodnocení topografie, rozložení potenciálu a vodivosti před i po cyklech nabíjení/vybíjení.
Použitá metodika a instrumentace
Materiály:
- Aktivní materiály TiO2 o středních velikostech 150 nm a 1 µm
- Solidní elektrolyt Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3 (LAGP)
- Uhlíkový nosič acetylénového černého (AB)
Metody:
- Příprava průřezů pomocí iontového frézování a zalití epoxidovou pryskyřicí
- AFM pro zobrazení topografie částic a rozhraní
- KPFM pro měření povrchového potenciálu
- Horké lisování k optimalizaci kontaktu mezi materiály
Hlavní výsledky a diskuse
Topografie záporného elektrody odhalila dobře definované tvary částic TiO2 odpovídající nominálním velikostem (150 nm a 1 µm). Bez horkého lisování se ve vrstvě rozhraní objevily mezery, které významně zvyšují odpor, zatímco po použití lisování vznikla kompaktní struktura bez viditelných otvorů.
KPFM na kladné elektrodě ilustrovalo zvýšení povrchového potenciálu z 0,75 V na 2,98 V po cyklech nabíjení/vybíjení, což signalizuje akumulaci náboje a poruchu iontové vodivosti. Zobrazení místní vodivosti prokázalo nerovnoměrné rozložení uhlíkového nosiče a omezené kontakty vedoucí ke sníženému proudu.
Přínosy a praktické využití metody
AFM/KPFM umožnily vyhodnotit rozměry částic, stav rozhraní a degradaci v časné fázi, dříve než se projeví ve standardních elektrochemických testech. Identifikace nehomogenní distribuce uhlíkového nosiče otevírá cestu k optimalizaci směsi a technologii lisování.
Budoucí trendy a možnosti využití
Další vývoj se zaměří na:
- Vylepšení disperze vodivého přísad
- Optimalizaci parametru lisování pro různá složení
- Integraci mikroskopických analýz s in situ elektrochemickými metodami
- Rozšíření na jiné materiály s vyšší kapacitou
Závěr
Studie prokázala, že velikost částic a proces horkého lisování zásadně ovlivňují kvalitu rozhraní ASSLiB. AFM a KPFM poskytly detailní vhled do topografie, potenciálového profilu a vodivosti, což umožnilo navrhnout kroky ke zlepšení výkonu a životnosti baterií.
Reference
1) E. Iida et al., SPM/AFM Evaluation of Interface of All-Solid-State Lithium-Ion Batteries, IVC-22, Sapporo, Japan (September 13, 2022)
Obsah byl automaticky vytvořen z originálního PDF dokumentu pomocí AI a může obsahovat nepřesnosti.
Podobná PDF
Surface Potential Measurement at the Electrode- Electrolyte Interface of a Charged All-Solid-State Lithium-Ion Battery
2023|Shimadzu|Aplikace
Scanning Probe Microscope (Atomic Force Microscope) SPM-Nanoa™ Surface Potential Measurement at the ElectrodeElectrolyte Interface of a Charged All-Solid-State Lithium-Ion Battery Application News Eiji Iida, Akinori Kogure, and Takeshi Miyamoto User Benefits Enables SPM (AFM) observation and analysis of a…
Klíčová slova
electrolyte, electrolytespm, spmnanoa, nanoakpfm, kpfmlagp, lagpelectrode, electrodemicroscope, microscopebattery, batteryanode, anodeinterface, interfacesurface, surfaceprobe, probebox, boxcharged, chargedscanning
Evaluating Electrochemical Activity and Electric Potential inside Cathodes in All-Solid-State Lithium-Ion Batteries
2024|Shimadzu|Aplikace
Scanning Probe Microscope (Atomic Force Microscope) SPM-Nanoa™ Evaluating Electrochemical Activity and Electric Potential inside Cathodes in All-Solid-State Lithium-Ion Batteries Application News Eiji Iida and Akinori Kogure User Benefits The SPM (AFM) can observe and measure charged batteries that are…
Klíčová slova
discharge, dischargecharge, chargecathode, cathodesurface, surfacespm, spmnanoa, nanoaelectrolyte, electrolyteasslib, asslibbattery, batterykpfm, kpfmtest, testsolid, solidbefore, beforemicroscope, microscopeafter
Guide to Lithium-ion Battery Solutions
2022|Shimadzu|Příručky
C10G-E092 Guide to Lithium-ion Battery Solutions Table of Contents (Test / Evaluation Item) Test / Evaluation Items Test / Evaluation Items (Detail) Compression Test Instrument Micro Compression Tester MCT Material Testing Tensile Test Puncture Test Click here for Table of…
Klíčová slova
observation, observationelectrolyte, electrolyteelectrode, electrodeseparator, separatorclick, clickpage, pagemeasurement, measurementindex, indexevaluation, evaluationpurpose, purposebattery, batteryhere, heretest, testtensile, tensileparticle
Analysis and Testing of Lithium-Ion Battery Materials
2021|Shimadzu|Brožury a specifikace
C10G-E088 Analysis and Testing of Lithium-Ion Battery Materials Multifaceted Solutions for Improving Performance and Quality of Lithium-Ion Secondary Batteries In the field of transport equipment, which long life, and safety must be resolved. Research accounts for approximately 20% of CO…
Klíčová slova
cantilever, cantileverelectrolytic, electrolyticlithium, lithiumdeflection, deflectionbatteries, batteriespiezo, piezoelectrode, electrodeseparators, separatorsxspecia, xspeciaion, ionbattery, batterylipon, liponforce, forcecarbonate, carbonateelectrolytes