결합된 원자 군대 현미경 검사법 및 라만 현미경 검사법을 사용하여 Li 이온 건전지 분석

AZoNano의

목차

소개
실험 방법
결과
결론
NT-MDT에 관하여

소개

휴대 전화와 같은 많은 휴대용 장치를 위한 리튬 건전지, 전원 휴대용 퍼스널 컴퓨터, 비디오 촬영기, 등등은 또한 전기 차량 및 항공 우주와 군 응용에서 사용됩니다. 리튬 건전지의 발달은 급속하게 진행하고 있습니다.

장기 사용, 더 낮은 자체 방전 비율 및, 더 높은 비용 효과성 및 더 작은 독성과 더불어 비교된 고에너지 조밀도 때문에, 그밖 재충전 전지와 리튬 코발트 산화물 LiCoO를 층을 이루었습니다2 (FIG. 1)는 상용 응용을 위해 음극선으로 이용됩니다.

숫자 1. LiCoO 층이 된2 구조물.

비 불완전한 리튬 건전지의 정규적인 뒤집을 수 있는 리튬 윤일은 Li 재충전용 건전지에 중요합니다. 그러나, 연장된 순환하거나 머리말을 붙인 저장 자세의 효력 시간의 과정에 있는 성과에 위협. 그러므로, 건전지의 일생을 향상하기 위하여, 긍정적인 전극의 표면에 떨어진 지역의 배급은 이해되어야 합니다.

실험 방법

재충전용 리튬 건전지에 있는 전극의 구조상 특성을 위한 가장 귀중한 방법은 라만 분광학과 원자 군대 현미경 검사법입니다 (AFM). AFM를 사용하여 LiCoO2 음극선 특성 및 Renishaw inVia 라만 분광계와 통합된 NTEGRA 스펙트럼 (NT-MDT) 계기에 라만 기술의 결과는 제출됩니다. AFM의 동시 기록 및 동일 견본 지역에서 라만 심상은 계기에 의해 허용됩니다.

리튬 이온 건전지의 숫자 2. 구조물

숫자 2는 리튬 이온 재충전용 원통 모양 세포의 전형적인 구조물을 보여줍니다. 양극, 음극선 및 전해질은 리튬 이온 건전지의 3개의 1 차적인 기능적 요소입니다. 탄소질 물자는 LiCoO에게서 양극을 위해 (흑연은 대중적입니다), 음극선 만들어집니다 이용되고2, 유기 용매에 있는 리튬 소금은 전해질로 이용됩니다.

다른 휴대용 퍼스널 컴퓨터 리튬 건전지 팩에서 개별적인 리튬 이온 세포는 검토되었습니다. 대략 3 그 해 (대략 1200년 비용을 부과하 재충전 주기)에 사용된 첫번째 건전지 팩에는, 그것의 명목상 수용량의 단지 대략 25%가 있고, 비용이 부과된 ~30%이었습니다. 세컨드 밧데리는 새롭 ~65%는 비용을 부과했습니다.

(a) 의 (b) 의 (c) 의 (d) 의 크기 (e), (f) 및 사용된 건전지와 새것에서 LiCoO 음극선의 표면의 광학적인2 심상 (g) 단계 숫자 3. AFM 지세, (h). 그림 (a), (c) 전시회 사용한 건전지를 위해 전형적인 높은 소밀 및 곡물 구조물. 모든 심상의 규모: 50x50 μm.

결과

숫자 3은 AFM에 의해 결정되는 것과 같이 LiCoO 음극선2 의 지상 형태학을 보여줍니다. 규모, 모양 및 오리엔테이션에 관하여 정보는 AFM 지세에 의해 제공됩니다. 음극선의 격자 불변의 것은 물자 (LiCoO)에 있는 리튬 농도의 기능이기 위하여1-x2 알려집니다. 이런 이유로, 새로운 건전지에서 음극선은 사용한 건전지에서 것 보다는 매우 더 매끄럽습니다 - Li 적출은 개별적인 microcrystals가 표면에 관찰될 수 있다 그래야, 이용한 음극선 물자의 수정같은 세포가 확장하는 원인이 되었습니다.

단계와 공가 진동 크기는 또한 AFM 실험 도중 기록됩니다. 이들은 지세 검사에 추가 데이터를 제공할 수 있습니다 - 예를 들면, 단계 측정은 고도 다름에 의해 영향을 받지 않기 때문에, 곡물 가장자리의 더 예리한 정의를 허용합니다. 광학적인 심상은 광학 적이고와 AFM 심상을 완전하게 상관하는 것은 가능하지 않더라도, 무료한 데이터를 제공합니다.

LiCoO 음극선의 라만2 스펙트럼은 전기화학 역사 에 의지하고 있습니다. FIG. 4에서 관찰된 다른 스펙트럼은 강직의 다른 국가에 있는 음극선에 점에서 입니다.

숫자 4. 음극선의 라만 스펙트럼: (2 빨간) LiCoO, delithiated LiCoO2 (녹색), 및 (34 파란) 구구하는 소리. 단호한 악대는 Li의 적출 도중 구조상 찡그림 또는 지상 변경으로 관련될 수 있습니다.

LiCoO2의 떨기 방식을 위한 총 irrducible 대표 인자군 분석에 의해 A+ 2이기 위하여 A1g + E2u + 2g E. 찾아낼 수 있습니다.u gerade 최빈값은 라만 활성화되이고, ungerade 최빈값은 IR 활성화되입니다. 라만 스펙트럼에서는, A만1g 과 Eg 악대는 관찰되어야 합니다. 이 실험에서는, 2개의 강한 악대는에 472와 v2 (e)- 1 , 및 v1 (a)를 구부리는 관련시키는 산소 진동에 대응하는 579 cm에 1:3g의 강렬 비율, O 지휘관 O1g 최빈값을 기지개하는 구구하는 소리, 각각 관찰됩니다.

숫자 5. LiCoO의 라만 액티브한 최빈값의 원자 진지변환2

라만 스펙트럼에서 약간 변경은 리튬이 비용을 부과 프로세스 (FIG. 4) 도중에 있는 녹색 선 추출될 때 보입니다. 472cm와 579 cm에2 LiCoO에서-1 요점 첨단은-1 작은 교대를 치룹니다. 515cm-1와 674cm-1 악대는 강렬에서 증가합니다 - 이들은 각각 LiO와 구구하는 소리의 떨기 방식에2 할당될34 수 있습니다.

우리는 뒤에 오는 독특한 첨단을 사용하여 라만 그들의 스펙트럼에서 리튬 이온 건전지 음극선의 다른 지구의 국가를, 확인해서 좋습니다:

  1. 삽입한 국가 (LiCoO)에 있는-1 음극선의 지역이 2개의 강렬한 첨단에 의하여, 472와 579 cm2 성격을 나타냅니다.
  2. delithiated 음극선이 라만 악대의 대등한 강렬에 의하여, 579와-1 674 cm에, 성격을 나타냅니다, (Li1-xCoO2).
  3. 음극선의 떨어진 지역이-1 579 cm에 첨단의 674 cm-1 와 실종에 강한 첨단에 의하여 성격을 나타냅니다.

새로운 건전지에서 제거된 음극선의 같은 장소에서 라만과 AFM 2차원 지도가 포장한다는 것을 숫자 6은 보여줍니다. AFM 지세에 더 높은 지역은 음극선의 삽입한 국가에 대응합니다. 음극선 지역의 대략 60%는 delithiated 물자에 관련됩니다. 이것은 건전지, 대략 65%의 책임 수준에 따라 입니다.

숫자 6. 새로운 음극선의 같은 장소에서 AFM와 라만 심상: (a) AFM 지세 고도, (b) 단계, (c) 크기; (d) 579 cm 첨단을 가진 라만 강렬-1 지도, (e) 674 cm 첨단을 사용하는 라만 강렬-1 지도; (f) 674 cm에 첨단의 강렬이 첨단 5792 cm의 강렬에 무성하기2 결코 없기34 때문에) 화학 지도 (빨간색은 LiCoO에, 녹색입니다-1 delithiated LiCoO 대응합니다 (구구하는 소리는 이 음극선에 결석합니다-1; 579와 674 cm에 피크 강렬의 (g) 비율-1. 까만 군기는 음극선의 삽입한 국가에 delithiated 음극선에, 노란 군기 대응합니다 대응합니다. 모든 심상의 규모: 50x50 μm.

이용한 건전지 팩에서 제거된 음극선에서는, 라만 심상은 더 복잡합니다 (FIG. 7 a-g). 추가적으로, 그(것)들은 또한 구구하는 소리를 떨어뜨렸습니다34.

숫자 7. 오래된 건전지에서 제거되는 음극선의 같은 장소에서 AFM와 라만 심상: (a) AFM 지세, (b) 단계, (c) 크기; (d) 579 cm 첨단을 사용하는 라만 강렬-1 지도, (e) 674 cm 첨단을 사용하는 라만 강렬-1 지도; (f) 579와 674 cm에 피크 강렬의 비율-1. 까만 군기는 구구하는 소리에 그 같은34 지역이 674 cm에 강한 첨단 및 579 cm에 아주 약한-1 첨단이 특징이기 때문에, 대응합니다-1; (g) 화학 지도 (파란 군기는 모든 심상의 LiCoO34 비 떨어진 규모에 구구하는 소리에, 2 빨간색 대응합니다 대응합니다: 50x50 μm.

라만 지도 (FIG. 7g)와 AFM 지세 (FIG. 7a)를 비교하는 것은 FIG. 7)에 있는 타원형에 의해 보이는 더 작은 곡물 및 추가 결정 입자 경계의 더 큰 비율과 지역에 더 큰 곡물 및 몇몇 결정 입자 경계를 가진 망치 지세가 타원형 지역의 (이상으로) 음극선 물자의 떨어진 지역을 위해 보인다는 것을 및 음극선의 비 떨어진 부속 대응합니다 제시합니다 (.

결론

Li 이온 건전지 연구 결과를 위한 AFM 라만 상관된 화상 진찰의 중요성은 이 연구 결과에서 보입니다. 라만 화상 진찰은 상세히 성격을 나타낼 음극선의 리튬 윤일 프로세스 그리고 강직을 허용합니다. 음극선의 화학 속성은 동시 AFM 화상 진찰에 의해 그것의 지세와 상관될 수 있습니다.

NT-MDT에 관하여

NT-MDT에는 550명의 직원이, Ph.D 과학자를 포함하여, 그들중 대다수입니다 그들의 필드에 있는 지도자 있습니다. 회사는 39개의 국가에 있는 600 이상 임명이 있고, 그들의 장치의 세계 배급을 달성하는 15 그 해 동안 APM 시장에서 작전하고 있습니다. NT-MDT의 클라이언트는 대학을 포함하고 나노 과학에 있는 모든 규모의 대학, 실험실, 정부, 연구소 및 과학적인 회사는 수비에 세웁니다.

이 정보는 NT-MDT 계속 Co.에 의해 제공된 물자에서 sourced, 검토해서 그리고 적응시켜 입니다.

이 근원에 추가 정보를 위해, NT-MDT Co.를 방문하십시오.

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

Last Update: 15. July 2013 16:13

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