納米CT在鋰離子電池中的應(yīng)用.pdf

1、鋰離子電池因其優(yōu)異的比能量以及使用壽命已逐步滲透進(jìn)入們的日常生活。然而因資源和環(huán)境的新需求，人們不得不開發(fā)出容量更高，性能更穩(wěn)定且綠色無污染的新型電極材料。不論是新材料的開發(fā)以及檢測，研究人員都希望借助直觀、準(zhǔn)確的表征手段。近幾年，隨著制造工藝的提升，研究者設(shè)計的納米CT(Computed Tomography)技術(shù)日漸成熟，并在生命科學(xué)、材料科學(xué)以及能源方面都有了很大突破。鋰離子電池中正負(fù)極材料的孔隙結(jié)構(gòu)以及成分的分布對其電化學(xué)性能具

2、有重要影響。本論文從鋰離子電極材料中挑選出兩種已商業(yè)化應(yīng)用的正負(fù)極材料，進(jìn)行納米CT測試，以期使用這一新型技術(shù)對與材料電化學(xué)性能相關(guān)的內(nèi)部三維結(jié)構(gòu)進(jìn)行定性以及定量分析。
　　本論文使用德國Zeiss公司的UltraXRM-L200型納米CT對四種不同壓實密度的磷酸鐵鋰/碳(LiFePO4/C)電極片進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)采集。同時為與納米CT結(jié)果進(jìn)行對比，使用Zeiss的場發(fā)射掃描電子顯微鏡(FE-SEM)對LiFePO4/C的表面形貌進(jìn)行

3、表征。然后利用內(nèi)嵌軟件(XMController,XMReconstructor)對三維圖像去噪、重構(gòu)。最后使用商業(yè)軟件ImageJ，Avizo對重構(gòu)后的圖像進(jìn)行閾值劃分，定性展示了孔隙的空間三維形貌。之后采用“體積收縮”的方法繪制出孔隙率-體積關(guān)系曲線圖。測試結(jié)果發(fā)現(xiàn)壓實密度越大，孔隙分布更為均勻。同時在計算孔隙率，統(tǒng)計孔隙大小時發(fā)現(xiàn)，較大壓實密度的樣品對應(yīng)的孔隙率越低，內(nèi)部小孔比率越高。
　　對硅/碳(Si/C)復(fù)合材料進(jìn)行了

4、類似的SEM表征。對Si/C復(fù)合材料進(jìn)行特殊處理后，進(jìn)行納米CT測試。在對Si/C復(fù)合材料進(jìn)行測試時，使用相襯模式進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)采集。數(shù)據(jù)采集完后同樣進(jìn)行去噪、重構(gòu)處理，并與SEM圖片進(jìn)行對比。然后使用軟件Avizo先手動分割出顆粒，而后進(jìn)行閾值分割分離出Si。實驗發(fā)現(xiàn)Si在顆粒內(nèi)部呈現(xiàn)核桃狀分布，且外層含量較內(nèi)部多。最終通過統(tǒng)計得出Si的體積分?jǐn)?shù)約為29.98％。
　　本論文利用納米CT技術(shù)實現(xiàn)了樣品內(nèi)部三維結(jié)構(gòu)的重構(gòu)，并對與磷酸