En
Hình 1．Ảnh SEM của cực âm pin LIB; (a) ở trạng thái ban đầu, (b) sau lần sạc đầu tiên, và (c) hình ảnh phóng đại của cấu trúc dạng lưới quan sát được trong hình (b).
Thiết bị: SU8700 FE-SEM, Thế gia tốc: 0.1 kV, Độ phóng đại: (a) 15 k×, (b)20 k×, và (c)100kx，Tín hiệu phát hiện SEM: SE (UD)
Pin Lithium-ion (LIB) cung cấp mật độ năng lượng và công suất đầu ra cao hơn, được sử dụng trong nhiều ứng dụng từ thiết bị điện tử cầm tay đến các phương tiện di động. Trong cực âm pin LIB, lớp giao diện điện ly rắn (SEI) được hình thành trong lần sạc đầu tiên thông qua quá trình phân hủy điện ly khử. Lớp SEI, một lớp giao diện hỗn hợp hữu cơ- vô cơ, giúp ngăn chặn các phản ứng khử quá mức tại bề mặt cực âm bằng cách chặn sự vận chuyển điện tử trong khi vẫn cho phép dẫn truyền ion lithium, từ đó góp phần duy trì hiệu suất pin ổn định. Trong nghiên cứu này, sự thay đổi bề mặt cực âm từ trạng thái ban đầu sang trạng thái sau lần sạc đầu tiên đã được khảo sát bằng ảnh chụp SEM và phân tích EDS với thiết bị SU8700. Một điện áp gia tốc 100 V (0,1 kV) đã được cấp vào để chụp lại hình thái bề mặt chi tiết. Hình 1 cho thấy ảnh SEM của cực âm ở trạng thái ban đầu (a), sau lần sạc đầu tiên (b), và hình ảnh phóng đại của cấu trúc dạng lưới quan sát được sau khi sạc (c). Trong hình (a), có thể nhận thấy phụ gia dẫn điện dạng hạt (mũi tên đỏ) và chất kết dính bám vào các hạt vật liệu hoạt tính (mũi tên xanh lá và xanh dương). Sau lần sạc đầu tiên, một cấu trúc dạng lưới không xuất hiện ban đầu đã xuất hiện trên bề mặt (hình (b)), và hình ảnh phóng đại (c) cho thấy cấu trúc này (mũi tên vàng) bám dính rõ rệt vào cả phụ gia dẫn điện và vật liệu hoạt tính. Những kết quả này chứng minh rằng việc chụp ảnh SEM ở điện áp thấp cho phép quan sát chi tiết các biến đổi hình thái bề mặt siêu mịn.
Hình 2. Kết quả phân tích EDS của cực âm pin LIB ở trạng thái ban đầu (a) và sau lần sạc đầu tiên (b)
Thiết bị: SU8700 FE-SEM, EDS: Oxford Ultim Extreme, Thế gia tốc: 2.0 kV, Độ phóng đại: 15 kx, Tín hiệu phát hiện SEM: SE (UD), Thời gian thu EDS: (a) 825.8 s , (b) 412.9 s
Hình 2 cho thấy kết quả phân tích EDS của cực âm pin LIB. Trong kết quả (a) thu được từ mẫu ban đầu, phổ tia X cho thấy các đỉnh tương ứng với C (Cacbon), O (Oxy) và Na (Natri). Ngược lại, trong kết quả (b) từ mẫu sau lần sạc đầu tiên, một đỉnh bổ sung được xác định là F (Flo) đã được phát hiện. Trong cả hai kết quả (a) và (b), sự phân bố C trên bản đồ EDS khớp với vị trí của chất kết dính và phụ gia dẫn điện đã được xác định trong ảnh SEM. Trong kết quả (b), F được xác nhận phân bố trên toàn bộ bề mặt vật liệu hoạt tính, và nồng độ của nó tương đối cao hơn ở các khu vực quan sát thấy cấu trúc dạng lưới trong ảnh SEM, cho thấy sự phân tách cục bộ.
Việc phát hiện F từ bề mặt vật liệu hoạt tính, cùng với cường độ F đặc biệt cao ở các vùng tương ứng với cấu trúc dạng lưới, gợi ý rằng sự hình thành lớp SEI đã xảy ra trên bề mặt vật liệu hoạt tính trong lần sạc đầu tiên. Hơn nữa, nồng độ F cao trong cấu trúc dạng lưới này cho thấy khả năng tăng trưởng cục bộ của LiF (Lithium Fluoride), một thành phần phổ biến của SEI. Những phát hiện này cho thấy rõ ràng rằng phân tích SEM-EDS có hiệu quả trong việc làm sáng tỏ cấu trúc cục bộ của lớp SEI nhờ sự kết hợp giữa thông tin hình thái, sự phân biệt độ tương phản từ SEM và việc xác định nguyên tố từ EDS.
Từ khóa: Pin Li-ion / Vật liệu cực âm / SEI / Đầu dò EDS không màng ngăn / SU8700
| Cấu hình khuyến nghị | Ghi chú |
|---|---|
| SU8700 FE-SEM | Kính hiển vi điện tử quét phát xạ trường Schottky phân giải siêu cao |
| Ultim Extreme | Đầu dò EDS không màng ngăn của hãng Oxford Instruments |
