RX Solutions丨纳米级工业CT在电池产业全新应用（下）

RX Solutions丨纳米级工业CT在电池产业全新应用（下）

发布者：admin 点击：1113 发布时间：2022-1-11

以下结果摘自第一个循环期间在电池上进行的原位实验。在循环期间进行了一系列18次工业CT扫描。以下部分对应于第一次充放电循环的5个阶段。

1电极膨胀

在初始状态下进行的第一次切割显示出很少的孔隙和电解质的存在。随着充电的进行，排气产生的孔隙数量增加，从而增加了电极的体积：因此，我们可以在垂直截面（线的上方）看到红色虚线升高，这是分离电极的分界线。

所有测量获得的曲线表明，厚度的增加是相对线性的，在充电结束时达到60%（红色曲线）。另一方面，放电过程中的收缩不是完全的：20%的不可逆膨胀仍然存在。在整个实验过程中，由于三维体积可观测，我们可以量化样品在三个方向上的膨胀。

2锂化

前三次采集（第1列至第3列）也显示硅颗粒的灰度值降低。这与它们的化学演化直接相关：锂化现象将硅转化为锂化硅，对X射线的吸收率降低了3倍。这样的话，在电池充电过程中，我们可以通过观测灰度值的变化直接观察到锂离子与硅的结合情况。

图片为里昂MATEIS实验室的EasyTom 160 工业CT原位试验中获得的断层切片。第一行：单元格的垂直剖面。虚线位于电极和分离器之间的界面。第二行：电极的水平界面。从左到右：电池的第一个循环放电，约为充电的0%、5%和100%，放电的50%和100%。

在循环结束时获得的切片上，观察到与初始状态相比，硅颗粒的灰度值明显变低，这证实了化学现象的完全不可逆性。

3裂缝

人们也想同时观测硅和其余基体之间的分层情况，但目前原位图像的质量不足以量化这些信息。为了评估这一方面，在工业CT上重新进行非原位数据采集会是一个很有意思的课题。事实上，电池中存在的溶液减少了相位对比现象，尽管目前实验室设备性能可能不足，但仍可能观测到这些细节。

实验室微米级断层扫描仪器已经被验证可用于微观结构分析,比如分析硅电极锂离子电池中的材料变化，或是用于惰性样品的非原位分析和原位实验。因此，可以更进一步，使用EasyTom 160量化电极中硅的三维分布，并在一个循环中观察一系列劣化现象。

EasyTom 160纳米级工业CT设备，使实验室和研究中心在受到原有设备性能的限制时，能够大幅提高工作效率。

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