Analysering av Li-Jon Batterier genom Att Använda Kombinerad Atom- StyrkaMicroscopy och Raman Microscopy

Vid AZoNano

Bordlägga av Tillfredsställer

Inledning
Experimentella Metoder
Resultat
Avslutningar
Om NT-MDT

Inledning

Lithiumbatterier, en drivakälla för många bärbara apparater liksom mobiltelefoner, bärbar dator, camcorders, Etc. används också i elektriska medel och rymd- och militärapplikationer. Utvecklingen av lithiumbatterier flyttar fram snabbt.

Tack vare längre liv, klassar lägre själv-urladdning, och täthet för högre energi som jämförs till andra uppladdningsbara batterier, tillsammans med högre kosta-effektivitet och mindre toxicitet, den varvade lithiumkoboltoxiden LiCoO2 (Fig. 1) används som en katod för reklamfilmapplikationer.

Figurera 1. I lagra LiCoO2 strukturerar.

Den vändbara lithiumintercalationen för det vanliga av detdefekta lithiumbatteriet är nyckel- till det uppladdningsbara Li batteriet. Emellertid verkställer av långdraget cykla, eller långvarigt lagra poserar ett hot till kapaciteten jagar in av tid. Hence för att förbättra liv-Time av batterier, måste fördelningen av degraderade områden på ytbehandla av realitetelektroder förstås.

Experimentella Metoder

De mest värdesakmetoderna för den strukturella karakteriseringen av elektroderna i uppladdningsbara lithiumbatterier är den Raman spektroskopin och atom- styrkamicroscopy (AFM). Resultat av en LiCoO2 katodkarakterisering genom att använda AFM och Raman tekniker på NTEGRA-Spectrana (NT-MDT) instrumenterar inbyggt med den Renishaw inViaen Raman som spectrometeren framläggas. Samtidig inspelning av AFM och Raman avbildar från samma tar prov område är tillåten vid instrumentera.

Figurera 2. Strukturera av Lithium-Jonen batteriet

Figurera 2 shows som de typiska strukturerar av lithium-jon en uppladdningsbar cylindrisk cell. Anoden, katoden och electrolyten är de tre primära funktionella delarna av ettjon batteri. Carbonaceous materiellt (grafiten är det populärast), används för anoden, katoden göras från LiCoO2, och lithium som är salt i en organisk vätska, används som electrolyten.

De individlithium-jonen cellerna från olika packar för bärbar datorlithiumbatteri undersöktes. Den första batteripacken som användes för omkring 3 år (ladda-uppladdning omkring 1200 cyklar), hade endast omkring 25% av dess nominella kapacitet och var laddad ~30%. Understödjabatteriet var nytt, och ~65% laddade.

Figurera 3. AFM-topografi (a), (b), arrangerar gradvis (c), (D), storlek (e), (f), och optiskt avbildar (G), (H) av ytbehandla av LiCoO2 katoder från det använda batteriet och från det nya. Föreställer (a), kickroughness för utställning (c), och korn strukturerar som är typisk för använda batterier. Storleksanpassa avbildar allra: μm 50x50.

Resultat

Figurera 3 shows ytbehandlamorfologin av den LiCoO2 katoden, som beslutsamt vid AFM. Information om storleksanpassa, formar, och riktningen ges av AFM-topografi. Gallerkonstanterna av katoder är bekant att vara en fungera av lithiumkoncentration i det materiellt (LiCoO1-x2). På grund av detta är katoden från det nya batteriet mycket slätare än den från det använda batteriet - Li extraktion har orsakat den crystal cellen av den materiella använda katoden för att utvidga, så att individmicrocrystalsna kan observeras på ytbehandla.

Arrangera Gradvis, och cantileversvängningsstorlek antecknas också under AFM-experiment. Dessa kan ge extra data till topografibildläsningen - till exempel arrangera gradvis mätningar låter mer kordefinition av korn kantar, som de inte påverkas av höjdskillnader. Optiskt avbildar ger kompletterande data, även om det inte är möjligheten som korrelerar det optiskt, och AFM avbildar fullständigt.

Raman spectra av den LiCoO2 katoden är anhörigen på den electrochemical historien. De olika spectrana som observeras i Fig. 4, är från pekar på katoden i olikt påstår av degradering.

Figurera 4. Raman spectra av katoden: (2 Röda) LiCoO, delithiated LiCoO2 (gräsplan) och Kuttrande34 (blått). De löste musikbanden kan förbindas med den strukturella distorsionen eller ytbehandlaändringen under extraktionen av Li.

Den sammanlagda irrducible framställningen för de vibrational funktionslägena av LiCoO2 kan finnas by dela upp i faktorer gruppanalys för att vara A+1g 2 A2u + Eg + 2 E.u Geradefunktionslägena är den Raman aktivet, och ungeradefunktionslägena är IR-aktivet. I de Raman spectrana endast bör1g A- ochg E-musikbanden observeras. I detta experiment observeras två starka musikband på 472 och 579 cm- 1 med ett styrkeförhållande av 1:3, som motsvarar till syrevibrationer som gäller v2 (Eg), Nolla-Cosom böjer och v1 (A1g), Cosom sträcker funktionslägen, respektive.

Figurera 5. Atom- förskjutningar av deAktiv funktionslägena av LiCoO2

Några ändringar ses i de Raman spectrana, när lithium dras ut under den processaa uppladdningen (gräsplan fodrar i Fig. 4). Det huvudsakligt nå en höjdpunkt från LiCoOen2 på 472cm, -1 och 579 cm-1 genomgår en liten förskjutning. Förhöjningen för musikband 515cm-1 och 674cm-1 i styrka - dessa kan tilldelas till vibrational funktionslägen av LiO2 och Kuttrandet34 respektive.

Vi kan identifiera det statligt av olika regioner av katoden för batteriet för lithiumjonen från deras Raman spectra som använder kännetecken, nå en höjdpunkt efter:

  1. Intensiva Två nå en höjdpunkt, 472, och 579 cm-1 karakteriserar områdena av katoden i det intercalated statligt (LiCoO2).
  2. Jämförbara styrkor av Raman musikband, på 579 och 674 cm-1, karakteriserar den delithiated katoden, (Li1-xCoO2).
  3. Starkt nå en höjdpunkt på 674 cm, -1 och försvinnandet av nå en höjdpunkt på 579 som cm-1 karakteriserar de degraderade områdena av katoden.

Figurera 6 shows den tvådimensionella Ramanen, och AFM kartlägger från samma förlägger av katoden som tas bort från den nya batteripacken. De högre områdena på AFM-topografin motsvarar till det mer intercalated statligt av katoden. Ungefärligt 60% av katodområdet är relevant till det delithiated materiellt. Detta är i överensstämmelse med laddningen som är jämn av batteri, ungefärligt 65%.

Figurera 6. AFM och Raman avbildar från samma förlägger av den nya katoden: (a) AFM-topografihöjd, (b) arrangerar gradvis, storlek (c); (D) Raman styrka kartlägger med maximala 579-1 cm, (e) Raman som styrka kartlägger genom att använda maximala 674-1 cm; kemiskt kartlägga (f) (rött färga motsvarar till LiCoOen2, gräsplan färgar är delithiated LiCoO2 (Kuttrandet34 är frånvarande på denna katod, därför att styrkan av maximalt på 674 cm-1 är aldrig frodig över styrkan av maximala 579 cm-1); förhållande (G) av maximala styrkor på 579 och 674 cm-1. Svarten färgar motsvarar till den delithiated katoden, guling färgar motsvarar till det intercalated statligt av katoden. Storleksanpassa avbildar allra: μm 50x50.

I katoden som tas bort från den använda batteripacken, avbildar Ramanen, är försvårad (Fig. 7 a-g). I tillägg har de degraderat också Kuttrande34.

Figurera 7. AFM och Raman avbildar från samma förlägger av katoden som tas bort från det gammala batteriet: (a) AFM-topografi, (b) arrangerar gradvis, storlek (c); (D) Raman styrka kartlägger genom att använda maximala 579-1 cm, (e) Raman som styrka kartlägger genom att använda maximala 674-1 cm; förhållande (f) av maximala styrkor på 579 och 674 cm-1. Svarten färgar motsvarar till Kuttrandet34, därför att sådan områden karakteriseras av ett starkt nå en höjdpunkt på 674 cm, -1 och mycket svagt nå en höjdpunkt på 579 cm-1; kemiskt kartlägga (G) (blått färgar motsvarar till Kuttrandet som34 är röd färgar motsvarar till den non degraderade LiCoOen2 Storleksanpassar avbildar allra: μm 50x50.

Jämföra AFM-topografi (Fig. 7a) med Ramanen kartlägga (Fig. 7g) avslöjer som smickrar topografi med större korn, och mer få korngränser ses för degraderade områden av den materiella katoden (förutom ovala områden) och non-degraderade delar av katoden motsvarar till områden med ett större proportionerar av mindre korn och mer korngränser (som visas av ovals i Fig.en 7).

Avslutningar

Betydelsen av korrelerade AFM-Raman som avbildar för Li-Jon batteristudier, visas i denna studie. Raman som att avbilda låter lithiumintercalationen, bearbetar, och degradering av katoden som ska karakteriseras in, specificerar. Den kemiska rekvisitan av katoden kan korreleras med dess topografi av samtidigt avbilda för AFM.

Om NT-MDT

NT-MDT har 550 anställda, inklusive Ph.D.-forskare, många av, vem är ledare i deras sätter in. Företaget har mer än 600 installationer i 39 länder och har fungerat i APMEN marknadsför för mer än 15 år och att uppnå världsomspännande fördelning av deras apparater. NTS-MDTS beställare inkluderar Universitetar, och högskolar, laboratorium, regeringar, forskningscentra och vetenskapliga företag storleksanpassar allra i nanotechnologyen sätter in.

Denna information har varit sourced, granskad och anpassad från material förutsatt att av NT-MDT Co.

Behaga besök NT-MDT Co. För mer information på denna källa

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

Last Update: 15. July 2013 16:40

Ask A Question

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

Leave your feedback
Submit