ZEISS GeminiSEM

Les performances des matériaux fonctionnels et des dispositifs avancés tels que les batteries, les cellules solaires et les piles à combustible dépendent de la microstructure du matériau utilisé. Pour que ces matériaux composites offrent les performances souhaitées, l'interaction entre de nombreux matériaux différents doit fonctionner.

L'accent est mis ici sur le nickel, le manganèse et le cobalt. Ce type de batterie est appelé Li-NMC, LNMC, NMC ou NCM. Les désignations NCM 111, 523, etc. indiquent le rapport de composition respectif du nickel, du cobalt et du manganèse. L'exemple montre la coupe transversale d'une batterie lithium-ion avec une cathode en NCM 111. La charge et la décharge des batteries lithium-ion entraînent des modifications de la microstructure. Des fissures se produisent, ce qui augmente la surface de la couche SEI et réduit les performances de la batterie.

En utilisant un microscope électronique, nous pouvons voir qu'il existe des différences structurelles entre les variantes de NCM lorsque d'autres facteurs de production sont fondamentalement pris en compte. En coupe transversale, les particules primaires de 811 sont beaucoup plus petites que celles de 532 ou 111. Cet excellent contraste de la structure des sous-grains n'est visible qu'avec une caractéristique propre aux microscopes électroniques ZEISS : le détecteur de rétrodiffusion sélective de l'énergie (EsB).

Une meilleure composition des électrolytes peut réduire l'usure physique des matériaux de la cathode. L'amélioration des procédés chimiques permet de produire des matériaux cathodiques avec des grains plus gros.

Coupe transversale d'une cellule de batterie lithium-ion à empilement complet : cartographie EDS (O, Al, F, Si et C). Il est possible d'utiliser la spectroscopie à dispersion d'énergie (EDS) pour confirmer la composition élémentaire des objets examinés au microscope.

Cette image confirme la présence de niveaux élevés de fluor résiduel du côté de la cathode, comme on peut s'y attendre dans un échantillon vieilli. Le fluor se trouve dans l'électrolyte et rejoint une couche SEI qui augmente avec le vieillissement. Le séparateur de boehmite montre des signaux d'aluminium et d'oxygène, comme prévu. Le carbone est utilisé comme agent conducteur dans le liant. Le polymère du séparateur étant un hydrocarbure, le carbone est visible dans toute la batterie.

La taille et la répartition des grains sont directement liées aux caractéristiques du matériau. Quantifiez la structure cristallographique de vos matériaux selon les normes internationales et caractérisez vos échantillons à l'aide de trois méthodes d'évaluation :

• Méthode planimétrique pour la reconstruction automatique des limites de grains
• Méthode d'interception avec une variété de grilles de mesure différentes pour la détection interactive et le comptage des intersections de limites de grains
• Méthode de comparaison pour l'évaluation manuelle d'images à l'aide de diagrammes de comparaison
  

Le logiciel ZEISS ZEN Intellesis utilise des algorithmes d'apprentissage automatique et un modèle pré-entraîné pour reconnaître les limites de phase et de grain étrangères. En un clic, vous pouvez sélectionner le modèle de segmentation des instances et la classe à segmenter.

La vue des résultats contient toutes les images et tous les résultats de l'analyse effectuée. Les images originales sont également affichées. Vous pouvez visualiser tous les résultats de l'analyse dans un tableau clair ainsi que dans un diagramme à barres pour la répartition de la taille des grains.