Analysieren von Li-IonBatterien Unter Verwendung der Kombinierten AtomKraft-Mikroskopie und Raman-Mikroskopie

Durch AZoNano

Inhaltsverzeichnis

Einleitung
Experimentelle Methoden
Ergebnisse
Schlussfolgerungen
Über NT-MDT

Einleitung

Lithium-Batterien, eine Stromquelle für viele tragbaren Einheiten wie Mobiltelefone, Laptops, Kamerarecorder, Usw. werden auch in den elektrischen Fahrzeugen und in den Luftfahrt- und Militäranwendungen verwendet. Die Entwicklung von Lithium-Batterien bringt schnell voran.

Wegen der längeren Lebensdauer, der niedrigeren Selbstentladungskinetik und der Dichte der höheren Energie, die mit anderen Akkus, zusammen mit höherer Wirtschaftlichkeit und kleinerer Giftigkeit verglichen wurde, überlagerte Lithiumkobaltoxid LiCoO2 (Feige. 1) wird als Kathode für kommerzielle Anwendungen verwendet.

Abbildung 1. Überlagerte LiCoO-2 Zelle.

Die gewöhnliche umschaltbare Lithiumeinschiebung der nicht-defekten Lithium-Batterie ist zu nachfüllbarer Li-Batterie Schlüssel. Jedoch Effekte des langwierigen Komprimierens oder der verlängerten speichernden Haltung eine Drohung zur Leistung im Verlauf der Zeit. Folglich um die Lebenszeit von Batterien zu verbessern, muss die Verteilung von verminderten Bereichen auf der Oberfläche von positiven Elektroden verstanden werden.

Experimentelle Methoden

Die wertvollsten Methoden für strukturelle Kennzeichnung der Elektroden in den nachfüllbaren Lithium-Batterien sind Raman-Spektroskopie und Atomkraftmikroskopie (AFM). Ergebnisse einer LiCoO-2 Kathodenkennzeichnung unter Verwendung FLUGHANDBUCHS und Raman-Techniken auf dem Instrument NTEGRA-Spektren (NT-MDT), das mit Renishaw-inVia Raman-Spektrometer integriert wird, wird dargestellt. Simultane Aufnahme von FLUGHANDBUCH und Raman-Bilder von der gleichen Versuchsfläche werden durch das Instrument erlaubt.

Abbildung 2. Zelle der Lithium-Ionen-Batterie

Abbildung 2 zeigt die typische Zelle einer Lithiumionnachfüllbaren Rundzelle. Die Anode, die Kathode und der Elektrolyt sind die drei Hauptfunktionsbauteile einer Lithium-Ionen-Batterie. Kohlenstoffhaltiges Material (Graphit ist das populärste), wird für die Anode, die Kathode wird gemacht von LiCoO verwendet2, und Lithiumsalz in einem organischen Lösungsmittel wird als der Elektrolyt verwendet.

Die einzelnen Lithiumionzellen von den verschiedenen Laptoplithium-batterie-Sätzen wurden geprüft. Der erste Batteriesatz, verwendet für ungefähr 3 Jahre (ungefähr 1200 aufladen-neuladende Schleifen), hatte nur ungefähr 25% seiner Nennleistung, und war aufgeladenes ~30%. Die zweite Batterie war neu und ~65% lud auf.

Abbildung 3. FLUGHANDBUCH-Topographie (a), (b), Phase (c), (d), Größe (e), (f) und optische Bilder (g), (H) von der Oberfläche von LiCoO-2 Kathoden von der verwendeten Batterie und vom Neuen. Abbildungen (a), (c) hohe Rauheit der Ausstellung und Korngefüge, das für verwendete Batterien typisch ist. Größe aller Bilder: μm 50x50.

Ergebnisse

Abbildung 3 zeigt die Oberflächenmorphologie der LiCoO-2 Kathode, wie durch FLUGHANDBUCH bestimmt. Informationen über die Größe, die Form und die Orientierung werden von FLUGHANDBUCH-Topographie zur Verfügung gestellt. Die Gitterkonstante von Kathoden bekannt, um eine Funktion der Lithiumkonzentration im Material (LiCoO)1-x2 zu sein. Deswegen ist die Kathode von der neuen Batterie viel glatter als die von der verwendeten Batterie - Li-Extraktion hat die Kristallzelle des verwendeten Kathodenmaterials veranlaßt zu erweitern, damit die einzelnen microcrystals auf der Oberfläche beobachtet werden können.

Phase und freitragende Oszillationsgröße werden auch während des FLUGHANDBUCH-Experimentes aufgezeichnet. Diese können zusätzliche Daten zum Topographiescan zur Verfügung stellen - zum Beispiel erlauben Phasenmaße schärfere Definition von Kornrändern, da sie nicht durch Höhenunterschiede beeinflußt werden. Optische Bilder liefern ergänzende Daten, obgleich es nicht möglich ist, die optischen und FLUGHANDBUCH-Bilder vollständig aufeinander zu beziehen.

Raman-Spektren der LiCoO-2 Kathode sind von der elektrochemischen Geschichte abhängig. Die verschiedenen Spektren, die in Fig. 4 beobachtet werden, sind von den Punkten auf der Kathode in den verschiedenen Zuständen des Abbaus.

Abbildung 4. Raman-Spektren der Kathode: LiCoO2 (rot), delithiated LiCoO2 (Grün) und Gurren34 (blau). Die entschlossenen Bänder werden mit der strukturellen Verzerrung oder der Oberflächenänderung während der Extraktion von Li in Verbindung gestanden möglicherweise.

Die irrducible totaldarstellung für die Schwingungsmodi von LiCoO2 kann durch Faktorgruppenanalyse gefunden werden, um A+ 21g zu sein A2u + Eg + 2 E.u Die gerade Modi sind Raman-Active, und die ungerade Modi sind IR-Active. In den Raman-Spektren nur die A-1g und E-g Bänder sollten beobachtet werden. In diesem Experiment werden zwei starke Bänder bei 472 und 579 cm mit- 1 einem Intensitätsverhältnis des 1:3, beobachtet die den Sauerstoffschwingungen entsprechen, die v2 (e) mit einbezieheng, verbiegende O-Co-O und v1 (a)1g, das Gurren, das Modi, beziehungsweise ausdehnt.

Abbildung 5. Atomdistanzadressen von den Raman-Aktiven Modi von LiCoO2

Etwas Änderungen werden in den Raman-Spektren gesehen, wenn Lithium während des Aufladungsprozesses extrahiert wird (Grüne Grenze in der Feige. 4). Die Hauptleitungsspitzen vom LiCoO2 bei 472cm-1 und 579 cm-1 machen eine kleine Schicht durch. Die Bänder 515cm-1 und 674cm-1 erhöhen der Intensität - diese können Schwingungsmodi von Lio und2 von Gurren beziehungsweise34 zugewiesen werden.

Wir können den Zustand von verschiedenen Regionen der Lithium-Ionen-Batterie-Kathode von ihren Raman-Spektren, unter Verwendung der folgenden charakteristischen Spitzen kennzeichnen:

  1. Zwei intensive Spitzen, 472 und 579 cm-1 kennzeichnen die Bereiche der Kathode im eingeschobenen Zustand (LiCoO2).
  2. Vergleichbare Intensität von Raman-Bändern, bei 579 und 674 cm-1, kennzeichnet die delithiated Kathode, (Li1-xCoO2).
  3. Starke Spitzen bei 674 cm-1 und Schwinden von Spitzen bei 579 cm-1 kennzeichnen die verminderten Bereiche der Kathode.

Abbildung 6 stellt dar, dass die zweidimensionalen Raman- und FLUGHANDBUCH-Karten vom derselben Ort der Kathode, die von der neuen Batterie gelöscht wird, packen. Die höheren Bereiche auf der FLUGHANDBUCH-Topographie entsprechen dem eingeschobenen Zustand der Kathode. Ungefähr 60% des Kathodenbereiches ist zum delithiated Material relevant. Dieses stimmt mit dem Ladungsniveau von Körperverletzung, ungefähr 65% überein.

Abbildung 6. FLUGHANDBUCH und Raman-Bilder vom derselben Ort der neuen Kathode: (a) FLUGHANDBUCH-Topographiehöhe, (b) Phase, (c) Größe; (d) Raman-Intensitätskarte mit 579 cm-1 der Spitze, (e) Raman-Intensitätskarte unter Verwendung 674 cm-1 der Spitze; (f) chemische Karte (rote Farbe entspricht dem LiCoO2, grüne Farbe ist delithiated LiCoO2 (Gurren34 sind auf dieser Kathode abwesend, weil die Intensität der Spitze bei 674 cm-1 nie über der Intensität von Spitze 579 cm widerlich ist-1); (g) Verhältnis von Höchstintensität bei 579 und 674 cm-1. Schwarze Farbe entspricht der delithiated Kathode, gelbe Farbe entspricht dem eingeschobenen Zustand der Kathode. Größe aller Bilder: μm 50x50.

In der Kathode, die vom verwendeten Batteriesatz gelöscht wird, sind die Raman-Bilder schwieriger (Fig. 7 AG). Darüber hinaus haben sie auch Gurren vermindert34.

Abbildung 7. FLUGHANDBUCH und Raman-Bilder vom derselben Ort der Kathode gelöscht von der alten Batterie: (a) FLUGHANDBUCH-Topographie, (b) Phase, (c) Größe; (d) Raman-Intensitätskarte unter Verwendung 579 cm-1 der Spitze, (e) Raman-Intensitätskarte unter Verwendung 674 cm-1 der Spitze; (f) Verhältnis von Höchstintensität bei 579 und 674 cm-1. Schwarze Farbe entspricht dem Gurren34, weil solche Bereiche durch eine starke Spitze bei 674 cm und sehr-1 schwache Spitze bei 579 cm gekennzeichnet werden-1; (g) chemische Karte (blaue Farbe entspricht dem Gurren34 , rote Farbe entspricht der nicht verminderten LiCoO-2 Größe aller Bilder: μm 50x50.

Das Vergleichen von FLUGHANDBUCH-Topographie (Fig. 7a) mit der Raman-Karte (Fig. 7g) deckt, dass Setzhammertopographie mit größeren Körnern und weniger Kristallgrenzen für verminderte Bereiche des Kathodenmaterials gesehen wird (außerhalb der ovalen Bereiche) und nicht-verminderte Teile der Kathode entsprechen Bereichen mit einem größeren Anteil der kleineren Körner und mehr der Kristallgrenzen auf (gezeigt durch Ovale in der Feige. 7).

Schlussfolgerungen

Die Bedeutung aufeinander bezogener Flughandbuch-Raman-Darstellung für Li-Ionbatteriestudien wird in dieser Studie gezeigt. Raman-Darstellung erlaubt die Lithiumeinschiebungsprozesse und den Abbau der ausführlich gekennzeichnet zu werden Kathode. Die chemischen Eigenschaften der Kathode können mit seiner Topographie durch simultane FLUGHANDBUCH-Darstellung aufeinander bezogen werden.

Über NT-MDT

NT-MDT hat 550 Angestellte, einschließlich Ph.D.-Wissenschaftler, viele von, sind wem Führer auf ihrem Gebiet. Die Firma hat mehr als 600 Einbau in 39 Ländern und hat im APM-Markt für mehr als 15 Jahre bedient und erzielt weltweite Verteilung ihrer Einheiten. Kunden NT-MDTS enthalten Universitäten und Colleges, Labors, Regierungen, Forschungszentren und wissenschaftliche Firmen aller Größen in der Nanotechnologie stellen auf.

Diese Informationen sind Ursprungs- angepasst gewesen, wiederholt und von den Materialien, die von NT-MDT Co. bereitgestellt werden.

Zu mehr Information über diese Quelle, besuchen Sie bitte NT-MDT Co.

Date Added: Jul 10, 2012 | Updated: Jul 15, 2013

Last Update: 15. July 2013 16:03

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