Анализировать Батареи Li-Иона Используя Совмещенную Атомную Микроскопию Усилия и Микроскопию Raman

AZoNano

Содержание

Введение
Экспириментально Методы
Результаты
Заключения
О NT-MDT

Введение

Батареи Лития, источник питания для много портативных приборов как мобильные телефоны, компьтер-книжки, камкордеры, Etc. также использованы в электрических кораблях и космических и воинских применениях. Развитие батарей лития выдвигается быстро.

Должно к более длинней жизни, более низкому тарифу саморазряжения, и более высокой плотности энергии сравненной к другим перезаряжаемые батареям, вместе с более высокой затратыэффективностью и более малой токсичностью, наслоил окись LiCoO кобальта лития2 (FIG. 1) использовано как катод для коммерческих применений.

Диаграмма 1. Наслоенная структура2 LiCoO.

Обычное реверзибельное интеркалирование лития non-неполноценной батареи лития ключево к перезаряжаемые батарее Li. Однако, влияния protracted задействовать или увеличиваемое представления угроза к проведению в курсе времени. Следовательно, улучшило продолжительность жизни батарей, распределение ухудшенных зон на поверхности положительных электродов необходимо понять, что.

Экспириментально Методы

Самые ценные методы для структурной характеризации электродов в перезаряжаемых батареях лития спектроскопия Raman и атомная микроскопия усилия (AFM). Результаты 2 характеризации катода LiCoO используя AFM и методов Raman на аппаратуре Спектров NTEGRA (NT-MDT) интегрированной с спектрометром Raman inVia Renishaw. Одновременная запись AFM и изображения Raman от такой же зоны образца позволены аппаратурой.

Диаграмма 2. Структура батареи Лити-Иона

На Диаграмму 2 показано типичную структуру клетки лити-иона перезаряжаемые цилиндрической. Анод, катод, и электролит 3 основных функциональных компонента батареи лити-иона. Углистый материал (графит самые популярные) использован для анода, катод сделан от LiCoO2, и соль лития в органическом растворителе использовано как электролит.

Были расмотрены индивидуальные клетки лити-иона от различных блоков батарей лития компьтер-книжки. Первый блок батарей, используемый на около 3 лет (около 1200 поручать-перезаряжая циклов), имел только около 25% из своей номинальной емкости, и был порученным ~30%. Вторая батарея была нова и ~65% поручило.

Диаграмма 3. топография AFM (a), (b), участок (c), (d), величина (e), (f) и оптически изображения (g), (h) поверхности катодов2 LiCoO от используемой батареи и от новое одного. Изображения (a), (c) показывают высокие шершавость и зернистую структуру которая типична для используемых батарей. Размер всех изображений: μm 50x50.

Результаты

На Диаграмму 3 показано поверхностное словотолкование катода2 LiCoO, как определено AFM. Информация о размере, форме и ориентации обеспечена топографией AFM. Знаны, что будут константы решетки катодов функцией концентрации лития в материале (LiCoO1-x2). Вследствие этого, катод от новой батареи гораздо ровне чем одно от используемой батареи - извлечение Li причиняло кристаллическую клетку используемого материала катода расширить, так, что индивидуальными microcrystals можно наблюдать на поверхности.

Участок и консольная величина колебания также записаны во время эксперимента по AFM. Эти могут снабдить дополнительные данные развертка топографии - например, измерения участка позволяют более острому определению краев зерна, по мере того как они не повлияны на разницами в высоты. Оптически изображения обеспечивают комплементарные данные, хотя не возможно сопоставить изображения оптически и AFM вполне.

Спектры Raman катода2 LiCoO зависел на электрохимической истории. Различные спектры наблюдаемые в FIG. 4 от пунктов на катоде в различных положениях ухудшения.

Диаграмма 4. спектры Raman катода: LiCoO2 (красное), delithiated LiCoO2 (зеленый цвет), и CoO34 (голубой). Resolved диапазоны могут быть отнесены с деформацией конструкции или поверхностным изменением во время извлечения Li.

Полное irrducible представление для вибрационных режимов LiCoO2 может быть найдены, что анализом группы фактора было A+1g 2 A2u + Eg + 2 E.u Режимы gerade active Raman, и режимы ungerade active ИК. В спектрах Raman, диапазоны только1g A иg E следует наблюдать. В этом эксперименте, 2 сильных диапазона наблюдаются на 472 и 579 cm- 1 с коэффициентом 1:3, которые интенсивности соответствуют к вибрациям кислорода включая v2 (Eg), O-Co-O, и v1 (A1g), Co-O протягивая режимы, соответственно.

Диаграмма 5. Смещения атомов Raman-Активных режимов LiCoO2

Увидены Некоторые изменения в спектрах Raman когда литий извлечен во время способа наддува (зеленой линии в FIG. 4). Пики основы от LiCoO2 на 472cm-1 и 579 cm-1 проходят малый перенос. Диапазоны 515cm-1 и 674cm-1 увеличивают в интенсивности - эти можно задать к вибрационным режимам LiO2 и CoO34 соответственно.

Мы можем определить положение различных зон катода батареи иона лития от их спектров Raman, используя следующие характерные пики:

  1. 2 интенсивных пика, 472 и 579 cm-1 характеризуют зоны катода в вставленном положении (LiCoO2).
  2. Соответствующие интенсивности диапазонов Raman, на 579 и 674 cm-1, характеризуют delithiated катод, (Li1-xCoO2).
  3. Сильные пики на 674 cm-1 и пропадание из пиков на 579 cm-1 характеризуют ухудшенные зоны катода.

На Диаграмму 6 показано плоский Raman и карты AFM от то самого места катода, котор извлекли от нового блока батарей. Более высокие зоны на топографии AFM соответствуют к более вставлять положению катода. Приблизительно 60% из зоны катода уместна к delithiated материалу. Это в соответствии с уровнем обязанности батареи, приблизительно 65%.

Диаграмма 6. изображения AFM и Raman от то самого места нового катода: (a) Высота топографии AFM, участок (b), величина (c); (d) Карта интенсивности Raman с пиком 579-1 cm, (e) карта интенсивности Raman используя пик 674-1 cm; (f) химическая карта (красный цвет соответствует к LiCoO2, зеленый цвет delithiated LiCoO2 (CoO34 отсутствующий на этом катоде, потому что интенсивность пика на 674 cm-1 никогда шереножна над интенсивностью пика 579 cm-1); коэффициент (g) пиковых интенсивностей на 579 и 674 cm-1. Черный цвет соответствует к delithiated катоду, желтый цвет соответствует к вставленному положению катода. Размер всех изображений: μm 50x50.

В катоде, котор извлекли от используемого блока батарей, изображения Raman более осложнены (FIG. 7 a-g). В добавлении, они также ухудшали CoO34.

Диаграмма 7. изображения AFM и Raman от то самого места катода, котор извлекли от старой батареи: (a) Топография AFM, участок (b), величина (c); (d) Карта интенсивности Raman используя пик 579-1 cm, (e) карта интенсивности Raman используя пик 674-1 cm; коэффициент (f) пиковых интенсивностей на 579 и 674 cm-1. Черный цвет соответствует к CoO34, потому что такие области охарактеризованы сильным пиком на 674 cm-1 и очень слабым пиком на 579 cm-1; (g) химическая карта (голубой цвет соответствует к CoO34 , красный цвет соответствует к non ухудшенному Размеру2 LiCoO всех изображений: μm 50x50.

Сравнивать топографию AFM (FIG. 7a) с картой Raman (FIG. 7g) показывает что топография листобита с более большими зернами и men6we границ между зернами увидена для ухудшенных зон материала катода (вне овальных областей) и non-ухудшенные части катода соответствует к зонам с более большой пропорцией более малых зерен и больше границ между зернами (показанных овалами в FIG. 7).

Заключения

Важность сопоставленного воображения AFM-Raman для изучений батареи Li-Иона показана в этом изучении. Воображение Raman позволяет процессам интеркалирования лития и ухудшению катода, котор нужно характеризовать подробно. Химические свойства катода можно сопоставить с своей топографией одновременным воображением AFM.

О NT-MDT

NT-MDT имеет 550 работников, включая научные работники Ph.D., много из кому руководители в их поле. Компания имеет больше чем 600 установок в 39 странах, и работает в рынке APM на больше чем 15 лет, достигая всемирного распределения их приборов. Клиенты NT-MDT включают Университеты и коллежи, лаборатории, правительства, исследовательскийа центр и научные компании всех размеров в нанотехнологии field.

Эта информация найденный, расмотрена и приспособлена от материалов обеспеченных CO. NT-MDT.

Для больше информации на этом источнике, пожалуйста посетите CO. NT-MDT.

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

Last Update: 15. July 2013 16:31

Ask A Question

Do you have a question you'd like to ask regarding this article?

Leave your feedback
Submit