ZEISS GeminiSEM

Le prestazioni dei materiali funzionali e dei dispositivi avanzati come batterie, celle solari e celle a combustibile dipendono dalla microstruttura del materiale utilizzato. Affinché questi materiali compositi forniscano le prestazioni desiderate, deve funzionare l’interazione tra molti materiali diversi.

L’attenzione si concentra sui materiali nichel, manganese e cobalto. Questo tipo di batteria è chiamato Li-NMC, LNMC, NMC o NCM. Le denominazioni NCM 111, 523 ecc. indicano il rispettivo rapporto di composizione di nichel, cobalto e manganese. L’esempio mostra la sezione trasversale di una batteria agli ioni di litio con un catodo realizzato in NCM 111. La carica e la scarica delle batterie agli ioni di litio portano a cambiamenti nella microstruttura. Si formano delle crepe che aumentano la superficie dello strato SEI. Questo riduce le prestazioni della batteria.

Utilizzando un microscopio elettronico, possiamo vedere che ci sono differenze strutturali tra le varianti NCM quando altri fattori di produzione sono fondamentalmente considerati. Se osservate in sezione trasversale, le particelle primarie di 811 sono molto più piccole di quelle di 532 o 111. Questo eccellente contrasto materiale della struttura sub-granulare è visibile solo con una caratteristica unica dei microscopi elettronici ZEISS: il rilevatore EsB (Energy Selective Backscatter).

Una migliore composizione degli elettroliti può portare a una minore usura fisica dei materiali del catodo. Con processi chimici migliori, è possibile produrre materiali catodici con particelle di grana più grande.

Sezione trasversale di una cella di batteria agli ioni di litio full-stack: Mappatura EDS (O, Al, F, Si e C). È possibile utilizzare la spettroscopia a dispersione di energia (EDS) per confermare la composizione elementare degli oggetti in esame al microscopio.

Questa immagine conferma gli elevati livelli di fluoro residuo sul lato catodico, come previsto in un campione invecchiato. Il fluoro si trova nell’elettrolita e si unisce a uno strato SEI che aumenta con l’invecchiamento. Il separatore di boehmite mostra segnali di alluminio e ossigeno, come previsto. Il carbonio viene utilizzato come agente conduttore nel legante. Poiché il polimero del separatore è un idrocarburo, il carbonio è presente in tutta la batteria.

La granulometria e la distribuzione sono direttamente correlate alle caratteristiche del materiale. Quantificare la struttura cristallografica dei materiali secondo gli standard internazionali. È possibile caratterizzare i campioni utilizzando tre metodi di valutazione:

• Metodo planimetrico per la ricostruzione automatica dei confini dei grani
• Metodo di intercettazione con una varietà di griglie di misura diverse per il rilevamento interattivo e il conteggio delle intersezioni dei confini dei grani
• Metodo di confronto per la valutazione manuale delle immagini con diagrammi di confronto
  

Il software ZEISS ZEN Intellesis utilizza algoritmi di apprendimento automatico e un modello pre-addestrato per riconoscere le fasi estranee e i confini dei grani. Basta un clic per selezionare il modello di segmentazione dell’istanza e la classe da segmentare.

La vista dei risultati contiene tutte le immagini e i risultati dell’analisi eseguita. Vengono mostrate anche le immagini originali. È possibile visualizzare tutti i risultati dell’analisi in una chiara tabella e in un grafico a barre per la distribuzione granulometrica.