聚焦离子束显微镜技术在锂离子电池领域的研究进展 发布时间：2024-08-22
高性能锂离子电池：现代能源存储关键
锂离子电池已成为现代能源存储解决方案的基石，广泛应用于从便携式电子设备到电动汽车和大规模电网存储系统。这些电池的性能，包括循环寿命、能量密度和安全性，与电池材料在电化学过程中的结构和力学变化紧密相关。因此，深入理解这些材料的微观形态和结构变化对于推动电池技术的发展至关重要。
锂离子电池材料表征挑战
在锂离子电池材料的微观表征过程中，存在一些技术难题。例如，电池组件如荷电电极片、锂金属电极和电解质等，由于对电子束敏感，使得获取的数据可能受到样品制备和环境因素的影响，不够准确。此外，常用的表征技术如扫描电子显微镜（SEM）和原子力显微镜（AFM）通常只能观察材料表面，而无法深入到材料内部结构。
扫描电镜技术应用
FIB-SEM技术作为一种先进的微纳加工工具，能够在半导体、生物和材料科学等多个领域提供定点刻蚀、沉积和原位分析等功能。近年来，FIB-SEM在三维重构和冷冻加工技术方面取得了显著进展，为锂离子电池材料的表征提供了新的解决方案。为了方便大家对材料进行深入的失效分析及研究，金鉴实验室具备Dual Beam FIB-SEM业务，包括透射电镜( TEM)样品制备，材料微观截面截取与观察、样品微观刻蚀与沉积以及材料三维成像及分析等。
FIB-SEM基本构成与工作原理
FIB-SEM系统由电子柱、离子柱、束描画系统、信号采集系统、样品台等组成。其核心组件液态金属离子源（LMIS）利用钨尖和液态金属储层产生泰勒锥，形成高能离子流，与样品相互作用产生二次电子和离子，用于成像。
FIB-SEM在锂离子电池研究中应用
1. 截面样品观察：FIB-SEM能够对选定区域进行刻蚀和成像，提供比传统SEM更丰富的材料取向信息。
2. 透射样品制备：FIB-SEM技术能够制备出适合透射电镜观察的薄片样品，适用于活性材料的详细分析。
3. 三维重构：FIB-SEM技术能够提供电极材料的三维结构数据，帮助研究者理解电池性能与微观结构之间的关系。
FIB-SEM技术未来
尽管FIB-SEM技术在锂离子电池研究中展现出巨大潜力，但它也存在一些局限性，如样品代表性、分析的破坏性和非原位性质，以及处理过程的耗时和成本。未来的研究需要进一步优化这些技术，以实现更高效、更准确的锂离子电池材料表征。
