在新能源和再生能源市場飛速發(fā)展的今天，鋰離子電池由于其工作電壓高、質(zhì)量輕、能量密度大等優(yōu)點(diǎn)受到各行業(yè)的青睞。隨著技術(shù)的發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域正在從筆記本、手機(jī)等小型消費(fèi)電子走向電動汽車、航空航天、能源等大型機(jī)械。

蔡司X射線顯微鏡在鋰電池行業(yè)的應(yīng)用

鋰離子電池部件分為正負(fù)極材料、電解液、隔膜和包裝；目前研究難點(diǎn)在于提高壽命和能量密度，確保安全性能。

得益于蔡司獨(dú)有兩級放大成像系統(tǒng)，蔡司Xradia Versa顯微鏡（XRM）在無損觀察內(nèi)部缺陷、正負(fù)極材料厚度、孔隙率的同時可以實(shí)現(xiàn)高分辨成像，這有助于企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)加速研發(fā)、提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品安全性能。

封裝電池內(nèi)部缺陷檢測

X射線顯微鏡可用于封裝樣品內(nèi)部缺陷無損檢測，識別電池內(nèi)部的缺陷、毛刺、雜質(zhì)等質(zhì)量問題，為優(yōu)化工藝調(diào)整提供判斷依據(jù)。

封裝卷繞時，卷成的電芯應(yīng)緊密、不松散。隔膜和正負(fù)極卷得越緊，內(nèi)阻越小，但卷得過緊時會造成極片與隔膜濕潤困難，致使放電容量變??；卷得太松會使極片在充放過程中發(fā)生過度膨脹，增大了內(nèi)阻，降低了容量，縮短了循環(huán)壽命。上圖中在正極轉(zhuǎn)彎處出現(xiàn)裂紋，這會對鋰離子的嵌入和脫嵌產(chǎn)生影響。

正極材料孔隙率分析

X射線顯微鏡可應(yīng)用于電極材料孔隙率分析，協(xié)助提高電池能量密度。

老化效應(yīng)分析（充放電性能分析）

X射線顯微鏡可用于鋰離子電池的壽命與老化分析，無損檢測電池充放電循環(huán)前后內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化。

對18650鎳酸鋰電池充放電100次，經(jīng)過循環(huán)后電池容量下降約6% 。

使用蔡司X射線顯微鏡分別對電池充放電前后進(jìn)行高分辨無損3D成像，可以觀察到在經(jīng)過充放電循環(huán)后，在電極材料外側(cè)邊緣出現(xiàn)裂紋，而在未循環(huán)電池中并未發(fā)現(xiàn)這些裂紋。

新型亞微米級三維X射線成像系統(tǒng)

基于高分辨率和襯度成像技術(shù)，蔡司Xradia Versa顯微鏡（XRM）大大拓展了亞微米級無損成像的研究界限。傳統(tǒng)斷層掃描技術(shù)依賴于單一幾何放大，而XRM則采用光學(xué)和幾何兩級放大，同時使用可以實(shí)現(xiàn)更快亞微米級分辨率的高通量成像，最高空間分辨率可達(dá)到500nm。大工作距離下高分辨成像技術(shù)（RaaD）能夠?qū)Τ叽绺?、密度更高的樣品（包括零件和設(shè)備）進(jìn)行無損高分辨率3D成像。此外，可選配的平板探測器技術(shù)（FPX）能夠?qū)Υ篌w積樣品進(jìn)行快速宏觀掃描，為樣品內(nèi)部感興趣區(qū)域的掃描提供了定位導(dǎo)航。