แบตเตอรี่โซลิดสเตต
ภาพการชาร์จและการคายประจุของ LIB
แบตเตอรี่โซลิดสเตตทำงานโดยการชาร์จและคายประจุผ่านการเคลื่อนที่ของลิเธียมไอออน คล้ายกับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนทั่วไป (LIB) อย่างไรก็ตาม แทนที่จะใช้อิเล็กโทรไลต์เหลวและตัวคั่นระหว่างขั้วแคโทดและขั้วแอโนด แบตเตอรี่โซลิดสเตตจะใช้อิเล็กโทรไลต์แข็ง การทดแทนนี้ช่วยลดความเสี่ยงจากควันและการติดไฟที่เกิดจากอิเล็กโทรไลต์เหลว ทำให้แบตเตอรี่โซลิดสเตตเหมาะสมยิ่งขึ้นสำหรับการใช้งานต่างๆ เช่น แบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้า (BEV) และระบบกักเก็บพลังงานขนาดใหญ่ (ESS)
ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา การใช้แบตเตอรี่ลิเธียมแบบชาร์จไฟได้เพิ่มขึ้นตามการใช้งานรถยนต์ไฟฟ้า (BEV) อย่างไรก็ตาม แบตเตอรี่แบบลิเธียม (LIB) ทั่วไปยังคงเผชิญกับความท้าทายในด้านต่างๆ เช่น ความปลอดภัย ระยะทางขับขี่ และความทนทาน ส่งผลให้ความคาดหวังต่อแบตเตอรี่รุ่นใหม่มีสูง และทั้งผู้ผลิตรถยนต์และผู้ผลิตแบตเตอรี่ต่างกำลังพัฒนาและนำแบตเตอรี่ไปใช้งานจริงอย่างจริงจัง
ส่วนประกอบของแบตเตอรี่โซลิดสเตต
โครงสร้างของแบตเตอรี่โซลิดสเตต (SSB) แสดงอยู่ในภาพทางด้านขวา
ต่างจาก LIB ทั่วไป SSB จะใช้อิเล็กโทรไลต์ของแข็งเพื่อนำไอออนแทนตัวแยกโพลีเมอร์และอิเล็กโทรไลต์ของเหลวระหว่างแคโทดและแอโนด
เช่นเดียวกับ LIB แคโทดใน SSB ประกอบด้วยวัสดุออกไซด์โลหะทรานซิชันลิเธียมและสารเติมแต่งตัวนำไฟฟ้า นอกจากนี้ อิเล็กโทรไลต์ของแข็งยังถูกรวมเข้ากับโครงสร้างอิเล็กโทรดด้วย
สำหรับแอโนด แม้ว่าวัสดุคาร์บอนจะเป็นที่นิยมใช้ใน LIB แต่วัสดุซิลิกอนกลับได้รับความสนใจมากขึ้นในช่วงหลัง เนื่องจากสามารถกักเก็บลิเธียมได้มากกว่าคาร์บอนเกือบ 10 เท่า ส่งผลให้งานวิจัยเกี่ยวกับแอโนดซิลิกอนมีความก้าวหน้าอย่างต่อเนื่อง
เนื่องจากแบตเตอรี่โซลิดสเตตใช้ลิเธียมเช่นเดียวกับ LIB การผลิตภายใต้สภาพแวดล้อมที่แยกอากาศจึงมีความจำเป็นเพื่อป้องกันการเสื่อมสภาพจากความชื้นหรือการสัมผัสอากาศ
หมายเหตุแบตเตอรี่โซลิดสเตต
การวิจัยและพัฒนาเซลล์แบตเตอรี่แบบชาร์จไฟได้ซึ่งออกแบบมาเพื่อการใช้งานซ้ำๆ กำลังก้าวหน้าไปเพื่อรองรับแหล่งพลังงานสำหรับยานยนต์ไฟฟ้าแบตเตอรี่ (BEV) และระบบกักเก็บพลังงานขนาดใหญ่ (ESS)
เพื่อปรับปรุงทั้งประสิทธิภาพและคุณภาพของเซลล์แบตเตอรี่เหล่านี้ การวิเคราะห์และการประเมินโดยละเอียดโดยใช้เครื่องมือวิเคราะห์ประสิทธิภาพสูงจึงมีความจำเป็น
บันทึกแบตเตอรี่โซลิดสเตตนี้จัดทำขึ้นโดยใช้ตัวอย่างที่ศาสตราจารย์อัตสึโนริ มัตสึดะ จากภาควิชาวิศวกรรมสารสนเทศไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีโตโยฮาชิ จัดทำขึ้น มีวัตถุประสงค์เพื่อนำเสนอข้อมูลอ้างอิงและแนวทางแก้ไขปัญหาที่เป็นไปได้สำหรับการวิจัยและพัฒนาแบตเตอรี่โซลิดสเตต ซึ่งกำลังก้าวขึ้นมาเป็นแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน (LIB) รุ่นต่อไป
แคโทด
วัสดุแคโทด
วัสดุแคโทด วัสดุแอคทีฟของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนแบบชาร์จไฟได้
แผ่นอลูมิเนียมฟอยล์ (ซ้าย) และแผ่นอลูมิเนียมฟอยล์แบบมีวัสดุแคโทด (ขวา)
แคโทดของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนทั่วไปประกอบด้วยตัวเก็บกระแส วัสดุแอคทีฟแคโทด ตัวช่วยนำไฟฟ้า และสารยึดเกาะ ตัวเก็บกระแสใช้แผ่นอลูมิเนียมฟอยล์ ส่วนวัสดุแอคทีฟแคโทดและตัวช่วยนำไฟฟ้า สารละลายของสารยึดเกาะที่ละลายและนวดด้วยสารละลายจะถูกนำไปวางบนตัวเก็บกระแส ภาพด้านซ้ายแสดงตัวเก็บกระแสแผ่นอลูมิเนียมฟอยล์ก่อนนำวัสดุแคโทดไปใช้งาน ภาพด้านขวาแสดงตัวเก็บกระแสแผ่นอลูมิเนียมฟอยล์หลังจากนำวัสดุแคโทดไปใช้งานแล้ว และส่วนสีดำตรงกลางของแผ่นอลูมิเนียมฟอยล์คือวัสดุอิเล็กโทรดที่นำไปใช้งาน
ผงวัสดุแคโทด (ซ้าย)
ภาพ SEM ของวัสดุแคโทด NMC811 (ขวา)
ออกไซด์ของโลหะทรานซิชันรวมถึงลิเธียมถูกนำมาใช้สำหรับวัสดุแอคทีฟแคโทด สำหรับวัสดุแอคทีฟแคโทดนั้น มีลิเธียมโคบอลต์ออกไซด์ NMC ((Li(Ni1/3Mn1/3โค1/3)O2 - ชื่อเล่นมาจากตัวย่อของธาตุทรานซิชันแต่ละชนิด (Ni, Mn, Co) ของวัสดุแคโทดระบบเทอร์นารี ซึ่งแทนที่โคบอลต์บางส่วนด้วยนิกเกิลและแมงกานีส และ NCM ซึ่งประกอบด้วยนิกเกิล โคบอลต์ และอะลูมิเนียม เหล่านี้ถูกนำมาใช้ในแบตเตอรี่สำหรับยานยนต์ไฟฟ้า เช่น รถยนต์ นอกจากนี้ มักใช้ LFP (LiFePO4) ซึ่งใช้ลิเธียมเหล็กฟอสเฟตเป็นวัสดุแอคทีฟแคโทด วัสดุที่มีส่วนประกอบของเหล็กฟอสเฟตเป็นส่วนประกอบหลัก เป็นที่ทราบกันดีว่าปลอดภัย เนื่องจากโครงสร้างผลึกมีโอกาสยุบตัวน้อยกว่าแม้ในขณะที่แบตเตอรี่ร้อนจัด ทำให้มีโอกาสเกิดการหนีความร้อนน้อยกว่า จึงเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานในยานยนต์ ยิ่งไปกว่านั้น เนื่องจากเหล็กเป็นวัตถุดิบที่มีราคาถูกกว่าโลหะทรานซิชันชนิดอื่นๆ จึงมีต้นทุนการผลิตที่สูงกว่า วัสดุแคโทดแต่ละชนิดมีคุณสมบัติเฉพาะตัวและถูกนำไปใช้ตามวัตถุประสงค์การใช้งาน
โครงสร้างผลึกของวัสดุแคโทด
โครงสร้างเกลือหินแบบหลายชั้นของ NMC/NCA (ซ้าย)
โครงสร้างโอลิวีนของ LFP (ขวา)
อ้างถึง :
เจ.แอพพ์คริสตัล(2011)44,1272-1276
วัสดุแอคทีฟแคโทดแต่ละชนิดมีความจุเชิงทฤษฎี ซึ่งก็คือการแปลงปริมาตรของลิเธียมให้เป็นประจุไฟฟ้า อย่างไรก็ตาม ยังไม่มีการนำประสิทธิภาพสูงสุดมาปรับใช้ การพัฒนาวัสดุแคโทดเพื่อเพิ่มความจุให้สูงขึ้นกำลังได้รับการส่งเสริม ในการวิจัยและพัฒนา ได้มีการศึกษาการแทนที่โลหะทรานซิชันแต่ละชนิดและวัสดุที่มีปริมาตรลิเธียมเปลี่ยนแปลง
ในการประเมินเพื่อการวิจัยและพัฒนา จำเป็นต้องมีการวิเคราะห์ต่างๆ ร่วมกับคุณลักษณะของแบตเตอรี่ เช่น ความเสถียรของโครงสร้างผลึกร่วมกับปฏิกิริยาการแทรกและสกัดของลิเธียม และความหนาของฟิล์มเคลือบผิวและสารประกอบ
| วัสดุแคโทด | แรงดันไฟฟ้าเฉลี่ย [V] | ความจุเชิงทฤษฎี [mAh/g] | ความจุจริง [mAh/g] | ลักษณะวงจร | ลักษณะ |
|---|---|---|---|---|---|
| ลิโคโอ2 | 3.7 | 274 | 148 | 500 1,000 ~ | วัตถุดิบราคาแพง/เสถียรภาพทางความร้อนค่อนข้างต่ำ |
| NMC | 3.6 | 280 | 160 | 1,000 2,000 ~ | การเปลี่ยนแปลงที่อาจเกิดขึ้นเป็นแบบค่อยเป็นค่อยไป |
| NCA | 3.6 | 279 | 199 | 500 1,000 ~ | ความหนาแน่นของพลังงานสูง/ทนทานต่ออุณหภูมิต่ำได้ค่อนข้างดี |
| LiFePO4 | 3.2 | 170 | 165 | 1,000 2,000 ~ | วัตถุดิบราคาถูกกว่า/ศักยภาพการเปลี่ยนแปลงคงที่/ความเสถียรค่อนข้างสูง |
ฟอยล์ตัวเก็บกระแสแคโทด
แผ่นอลูมิเนียมใช้เป็นวัสดุที่ดีที่สุดสำหรับตัวเก็บกระแสแคโทดเพื่อยึดวัสดุแอคทีฟของแคโทดและถ่ายโอนอิเล็กตรอนไปยังวัสดุแอคทีฟของแคโทดเพื่อใช้กระแสไฟฟ้า
ฟอยล์อลูมิเนียมเป็นวัสดุที่ทนทานต่อการกัดกร่อนและนำไฟฟ้าได้ดี ปราศจากการเจือปนของลิเธียมไอออน นอกจากนี้ พื้นผิวยังถูกเคลือบด้วยฟิล์มออกไซด์ธรรมชาติ และในระหว่างการชาร์จ อะลูมิเนียมฟลูออไรด์ที่มีความทนทานต่อการกัดกร่อนสูงจะก่อตัวขึ้นบนพื้นผิว ทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าขนาดใหญ่
ตัวอย่างการวิเคราะห์วัสดุแคโทด
การประเมินโครงสร้างของวัสดุแคโทดแอคทีฟ
ภาพ SEM ของหน้าตัดอนุภาคแคโทด
วัสดุแอคทีฟแคโทดประกอบด้วยอนุภาครองทรงกลม
ขนาดอนุภาคปฐมภูมิจะแตกต่างกันไปตั้งแต่หลายสิบนาโนเมตรไปจนถึงหลายร้อยนาโนเมตร ขึ้นอยู่กับวัสดุที่ใช้งาน วัสดุที่ใช้งานแคโทดเป็นผลมาจากการเผาผนึกเป็นทรงกลม วัสดุที่ใช้งานแคโทดที่มีลิเธียมจะสกัดลิเธียมในระหว่างการชาร์จ และไอออนลิเธียมจะกลับจากขั้วบวกไปยังตำแหน่งโครงผลึกเดิมในระหว่างการคายประจุ อย่างไรก็ตาม บางครั้งไอออนลิเธียมจะไม่กลับไปยังตำแหน่งโครงผลึกเดิมเนื่องจากปัจจัยต่างๆ เช่น การชาร์จมากเกินไปจนทำให้เกิดโครงสร้างที่แตกต่างออกไป การประเมินการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างนี้ยังเป็นการวิเคราะห์ที่สำคัญเพื่อกำหนดกลไกการเสื่อมประสิทธิภาพของแบตเตอรี่และระดับการเสื่อม สำหรับการวิเคราะห์โครงสร้าง การเปลี่ยนแปลงโครงสร้างเฉพาะที่จะถูกวิเคราะห์ด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่าน (TEM) นอกเหนือจากการทำความเข้าใจโครงสร้างเฉลี่ยด้วย XRD และการประเมินโดยการเลื่อนรามาน ตัวอย่างต่อไปนี้เป็นการทำความเข้าใจการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างผลึกจากการประเมินโดยรามานที่ติดตั้งบน SEM และภาพการเลี้ยวเบนของอิเล็กตรอนและความละเอียดระดับอะตอมจากพื้นที่ขนาดเล็กมากโดยใช้ TEM อีกกรณีหนึ่งคือการวิเคราะห์พฤติกรรมของลิเธียมในระหว่างการชาร์จและการคายประจุโดยใช้ NMR แบบโซลิดสเตต
รูปต่อไปนี้แสดงตัวอย่างการวิเคราะห์การเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของวัสดุแอคทีฟแคโทดตามอัตราการชาร์จ โดยใช้สเปกโทรสโกปีรามานภายใน SEM โดยใช้ระบบรวม SEM-EDS-Raman สเปกตรัมรามานจะจับการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของวัสดุแอคทีฟแคโทดในสถานะไม่มีประจุ, 50% SOC, 100% SOC และสถานะมีประจุเกิน ซึ่ง EDS ไม่สามารถจับได้ สเปกตรัมรามานแสดงการเปลี่ยนแปลงของการสั่นในแนวตั้งและแนวนอนระหว่างออกซิเจน-ออกซิเจนในโครงสร้างผลึกเมื่อสกัดลิเธียมโดยการชาร์จ แสดงในรามาชิฟต์ (Rama Shift) ซึ่งเป็นความยาวคลื่นที่เลื่อนไปในทิศทางตรงข้ามกับแสงเลเซอร์ สเปกตรัมรามานแสดงการสั่นในแนวรามานเป็นการเปลี่ยนแปลงของความยาวคลื่นเมื่อเทียบกับแสงเลเซอร์ ซึ่งแสดงถึงการเปลี่ยนแปลงของการสั่นในแนวยาวและแนวขวางระหว่างออกซิเจนและออกซิเจนในโครงสร้างผลึกเมื่อสกัดลิเธียมโดยการชาร์จ
ตัวอย่างโดย:
ศาสตราจารย์อัตสึโนริ มัตสึดะ
ภาควิชาวิศวกรรมสารสนเทศไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์
มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีโทโยฮาชิ
รูปด้านล่างแสดงรูปแบบการเลี้ยวเบนของอิเล็กตรอนใกล้พื้นผิวของอนุภาควัสดุแคโทดโดยใช้เครื่อง TEM เนื่องจากรูปแบบการเลี้ยวเบนของอิเล็กตรอนที่ต่างกันบนพื้นผิวและภายในแคโทด จึงทราบได้ว่าโครงสร้างของแต่ละอนุภาคมีความแตกต่างกัน เมื่อต้องการการเลี้ยวเบนของอิเล็กตรอนเฉพาะที่ จะใช้การเลี้ยวเบนอิเล็กตรอนแบบลำแสงนาโน (Nano Beam Electron Diffraction: NBD) วิธี NBD แสดงให้เห็นว่ารูปแบบการเลี้ยวเบนนี้มาจากทิศทาง [11-20] ของโครงสร้างชั้นเกลือหินภายในอนุภาค ณ ตำแหน่งการวิเคราะห์ "1" ในทางกลับกัน บนพื้นผิว ณ ตำแหน่งการวิเคราะห์ "2" จะเห็นโครงสร้างรูปแบบการเลี้ยวเบนของอิเล็กตรอนที่แตกต่างจากตำแหน่งการวิเคราะห์ "1"
รูปแบบ NBD ที่ได้จากพื้นผิวและภายในอนุภาค
รูปด้านล่างแสดงผลการวิเคราะห์การวางตัวของผลึกและโครงสร้างผลึกของอนุภาคภายในวัสดุแอคทีฟแคโทดโดยใช้การเลี้ยวเบนอิเล็กตรอนแบบพรีเซสชัน (Precession Electron Diffraction: PED) PED เป็นวิธีการเลี้ยวเบนอิเล็กตรอนเพื่อให้ได้รูปแบบการเลี้ยวเบนของอิเล็กตรอนที่มีผลต่อการเลี้ยวเบนแบบไดนามิกน้อยลง โดยการพรีเซสชันลำแสงอิเล็กตรอนตกกระทบภายใต้มุมเอียงที่กำหนด (เทียบกับแกนแสง) จากการเลี้ยวเบนอิเล็กตรอนที่แต่ละจุดขณะสแกนลำแสงอิเล็กตรอน สามารถสร้าง (ก) แผนที่การวางตัว และ (ข) แผนที่การแยกเฟสได้
แผนที่การวางแนวผลึกของอนุภาควัสดุที่ใช้งานแคโทด
มีสีตามการวางแนวของผลึกอนุภาค
แผนผังเฟสของอนุภาควัสดุแอคทีฟแคโทด
ความแตกต่างของสีระหว่างพื้นผิวและโครงสร้างภายใน
สีแดง: โครงสร้างเกลือหินแบบชั้น สีเขียว: โครงสร้างเกลือหินแบบลูกบาศก์
รูปด้านล่างแสดงตัวอย่างพื้นผิวของอนุภาคสารแอคทีฟแคโทดที่สังเกตได้ก่อนและหลังการชาร์จ/การคายประจุโดยใช้วิธีการสังเกตแบบ HAADF-STEM ที่มีความละเอียดระดับอะตอม ชั้นไตรอะตอมบนพื้นผิวอิเล็กโทรดของอนุภาคสารแอคทีฟมีการเปลี่ยนแปลงตั้งแต่ก่อนการชาร์จ/การคายประจุ แต่แทบจะไม่เห็นจุดสว่างระดับอะตอมที่ตำแหน่งที่ลิเธียมและออกซิเจนอยู่ ซึ่งอยู่ในกรอบสีแดง ถูกต้องที่วิธี STEM-HADAF ไม่แสดงสิ่งใดที่ตำแหน่งลิเธียมเนื่องจากมองเห็นธาตุเบาได้ยาก ในทางกลับกัน หลังจากการชาร์จและการคายประจุ จะมองเห็นจุดสว่างระดับอะตอมที่ตำแหน่งที่ลิเธียมอยู่ ในกรอบสีแดง จุดสว่างนี้สะท้อนถึงปรากฏการณ์ (การผสมของไอออนบวก) ที่โลหะทรานซิชันของสารประกอบเข้าสู่ตำแหน่งลิเธียม
ก่อนการชาร์จ/การคายประจุ
หลังจากการชาร์จ/การคายประจุ
โครงสร้าง NMC
อ้างถึง :
เจ.แอพพ์คริสตัล(2011)44,1272-1276
7การวิเคราะห์ NMR แบบโซลิดสเตตของ Li เป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพสำหรับการวิเคราะห์โครงสร้างของวัสดุแอคทีฟแคโทด NMR แบบโซลิดสเตตสามารถสังเกตลิเธียมในโครงสร้างผลึกของตัวอย่างทั้งหมดได้ นอกจากนี้ยังสามารถใช้งานร่วมกับวิธีการเลี้ยวเบนรังสีเอกซ์ และการวิเคราะห์ยังช่วยเสริมซึ่งกันและกัน นอกจากนี้ NMR ยังสนับสนุนการวัดปริมาณการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างเล็กน้อยในผลการวิเคราะห์ด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน (TEM) ซึ่งเป็นการสังเกตและวิเคราะห์ด้วยกล้องจุลทรรศน์
ในสเปกตรัมลิเธียมของวัสดุแอคทีฟแคโทด ลักษณะเด่นอย่างหนึ่งคือสเปกตรัมที่ขยายกว้างขึ้นหลายพัน ppm อันเนื่องมาจากปฏิสัมพันธ์พาราแมกเนติกระหว่างโลหะทรานซิชัน (TM) และลิเธียม หัววัด MAS (magic angle spinning) แบบโซลิดสเตตขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 3.2 มม. หรือ 4 มม. ซึ่งนิยมใช้กันทั่วไป ไม่สามารถสร้างสเปกตรัมที่ดีได้เนื่องจากแถบข้างหมุน (spinning sidebands: SSB) ซึ่งเกิดจากช่วงการกระตุ้นและการหมุนตัวอย่างที่ช้า อย่างไรก็ตาม ด้วยหัววัด MAS ความเร็วสูงพิเศษที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 1 มม. หรือน้อยกว่า จะสามารถได้สเปกตรัมที่ SSB เลื่อนออกจากจุดสูงสุดเดิม (รูปที่ 1) นอกจากนี้ 7สามารถรับสเปกตรัมลิเธียมที่ไม่มี SSB ได้โดยการรวมเข้ากับวิธีการวัด MATPASS ที่พัฒนาขึ้นใหม่ล่าสุด (รูปที่ 2)
รูปที่ 2 ด้านล่างแสดงตัวอย่างของ 7สเปกตรัม Li MATPASS ที่ได้รับระหว่างการชาร์จและการคายประจุของวัสดุแอคทีฟแคโทดแบบชั้นที่มีลิเธียมสูง Li1.2Ni0.2Mn0.6O2พบจุดสูงสุดหลักสี่จุดในสถานะ #1 เมื่อไม่มีประจุ ค่าการเลื่อน NMR ที่ 0 ถึง 1000ppm ในสเปกตรัมมาจากลิเธียมในชั้นลิเธียมในโครงสร้างผลึก และ 1000 ถึง 2000ppm มาจากลิเธียม (Li)TM) ในชั้นโลหะทรานซิชัน นอกจากนี้ จุดสูงสุดจะปรากฏที่ตำแหน่งต่างๆ เมื่อโลหะทรานซิชันใกล้ลิเธียมในโครงสร้างผลึกเป็น "เฉพาะ Mn" และเมื่อ "Mn ถูกแทนที่ด้วย Ni" สัญญาณที่เกี่ยวข้องกับลิเธียมจะลดลงเมื่อลิเธียมถูกดึงออกจากโครงสร้างด้วยการชาร์จจาก #2 ถึง #5 และจะกลับมาที่ #7 หลังจากการคายประจุเมื่อลิเธียมกลับคืนสู่โครงสร้าง ด้วยเทคนิค NMR แบบโซลิดสเตต ลิเธียมที่ออกจากโครงสร้างระหว่างการชาร์จและตำแหน่งโครงสร้างเมื่อลิเธียมกลับคืนสู่โครงสร้างสามารถสังเกตได้จากการเปลี่ยนแปลงสเปกตรัมที่เกี่ยวข้องกับการชาร์จและการคายประจุ สามารถวิเคราะห์พฤติกรรมของลิเธียมที่เกี่ยวข้องกับการเสื่อมสภาพของโครงสร้างได้
รูปที่ 1: 7สเปกตรัม NMR แบบโซลิดสเตตของ Li ของการพึ่งพาความถี่ MAS
รูปที่ 2: 7สเปกตรัม Li MATPASS สะท้อนลิเธียมในโครงสร้างวัสดุแอคทีฟแคโทดในระหว่างการชาร์จและการคายประจุ
อ้างถึง : รายงานทางวิทยาศาสตร์ (2020) 10 : 10048
ขั้วบวก
วัสดุแอโนด
วัสดุแอโนดที่ใช้งานได้ของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนแบบชาร์จไฟได้
ขั้วบวกทั่วไปของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนประกอบด้วยตัวเก็บกระแส วัสดุแอคทีฟของขั้วบวก ตัวช่วยนำไฟฟ้า และตัวรวมประจุ แผ่นทองแดงถูกใช้เป็นตัวเก็บกระแส และเช่นเดียวกับขั้วลบ วัสดุแอคทีฟของขั้วบวก ตัวช่วยนำไฟฟ้า และสารละลาย ซึ่งถูกผสมด้วยสารยึดเกาะจะถูกนำมาวางทับบนตัวเก็บกระแส
สารละลายที่เป็นวัสดุต่างๆ ที่ถูกนวดด้วยสารละลาย
ตัวเก็บกระแสแบบขั้วบวกพร้อมสารละลายที่ใช้กับแผ่นทองแดง
ภาพ SEM ของหน้าตัดขั้วบวกของกราไฟต์
แผนผังของกราไฟท์ที่มีลิเธียมไอออนแทรกอยู่
โดยทั่วไปแล้ว คาร์บอนกราไฟต์จะถูกใช้เป็นวัสดุแอโนดแอคทีฟ แอโนดกราไฟต์จะถูกชาร์จโดยลิเธียมจากแคโทดเข้าสู่โครงสร้างแบบชั้น (อินเตอร์คาเลชัน) ความจุตามทฤษฎีของแอโนดกราไฟต์อยู่ที่ 372 mAh/กรัม ซึ่งถือว่าไม่สูงนักเมื่อเทียบกับความจุของโลหะลิเธียมที่ 3860 mAh/กรัม แอโนดกราไฟต์มีความปลอดภัยสูงและมีการใช้กันอย่างแพร่หลาย
ในทางกลับกัน การใช้ซิลิคอนแอโนด (4,200 mAh/g) ได้รับการส่งเสริมในกิจกรรมการวิจัยและพัฒนาวัสดุแอโนดแอคทีฟ ซิลิคอนแอโนดกำลังได้รับความสนใจจากผู้คนในฐานะวัสดุที่สามารถนำไปใช้ทำคาร์บอนแอโนดได้ เนื่องจากมีความจุทางทฤษฎีที่สูงและมีทรัพยากรอุดมสมบูรณ์ แม้ว่าจะมีปัญหาเกี่ยวกับลักษณะวงจรเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงปริมาตรระหว่างการชาร์จและการคายประจุ แต่คาดว่าจะมีการนำไปประยุกต์ใช้กับแบตเตอรี่โซลิดสเตต
ฟอยล์เก็บกระแสสำหรับขั้วบวก
เช่นเดียวกับตัวเก็บกระแสแคโทด แผ่นทองแดงที่ใช้ทำขั้วบวกมีคุณสมบัติต้านทานสารละลายอิเล็กโทรไลต์และออกซิเดชัน และใช้เป็นวัสดุที่ทนทานต่อการกัดกร่อน ศักย์ไฟฟ้าของขั้วบวกที่ใช้กราไฟต์เป็นวัสดุแอคทีฟอยู่ในช่วง 0.1 ถึง 1.5 โวลต์ เมื่อเทียบกับ Li+/Li ฟอยล์อะลูมิเนียมมีราคาถูกกว่าและมีน้ำหนักเบา แต่เมื่อใช้ทำขั้วบวก จะกลายเป็นโลหะผสม Li-Al ที่ประมาณ 0.6 โวลต์ เมื่อเทียบกับ Li+/Li ซึ่งทำให้ความจุของแบตเตอรี่ลดลง ดังนั้นจึงใช้แผ่นทองแดงที่มีคุณสมบัติต้านทานสารละลายอิเล็กโทรไลต์และออกซิเดชันและมีต้นทุนค่อนข้างต่ำ
ตัวอย่างการวิเคราะห์วัสดุแอโนด
การประเมินโครงสร้างของวัสดุแอโนดที่ทำจากซิลิกอน
ซิลิกอนยังถือเป็นวัสดุแอโนดที่มีแนวโน้มดีสำหรับแบตเตอรี่โซลิดสเตตอีกด้วย
อย่างไรก็ตาม แอโนดซิลิกอนต้องเผชิญกับความท้าทายหลายประการ เช่น การขยายปริมาตรอันเนื่องมาจากการใส่และการสกัดลิเธียม ตลอดจนการสูญเสียความจุที่ไม่สามารถย้อนกลับได้
นอกจากนี้ พฤติกรรมของลิเธียมภายในอนุภาคซิลิกอนแต่ละอนุภาคยังต้องมีการชี้แจงให้ชัดเจน
ในการประเมินการเสื่อมสภาพของขั้วบวก จะต้องดำเนินการวัดลักษณะทางไฟฟ้า รวมถึงความต้านทานภายใน ควบคู่ไปกับการสังเกตทางสัณฐานวิทยา และวิธีการวิเคราะห์ต่างๆ
สำหรับการสังเกตทางสัณฐานวิทยา โดยทั่วไปจะใช้ SEM เพื่อวิเคราะห์ชั้นแอโนดและอนุภาคซิลิกอนในระหว่างรอบการชาร์จและการคายประจุ (ดูรูปด้านล่าง)
ภาพ SEM ของหน้าตัดขั้วบวกซิลิกอนที่มีรอยแตกร้าวเกิดขึ้นหลังจากการชาร์จ/การคายประจุ
อนุภาคซิลิกอนของขั้วบวกซิลิกอนหลังจากการชาร์จ (ภาพ SEM และแผนที่ธาตุ EDS)
ตัวอย่างโดย:
ศาสตราจารย์อัตสึโนริ มัตสึดะ
ภาควิชาวิศวกรรมสารสนเทศไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์
มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีโทโยฮาชิ
การสังเกตในระหว่างการชาร์จและการคายประจุให้ข้อมูลสำคัญสำหรับการทำความเข้าใจกลไกพื้นฐาน อย่างไรก็ตาม การเตรียมตัวอย่างภาคตัดขวางที่สถานะประจุแต่ละสถานะเป็นงานที่ใช้เวลานานและต้องใช้แรงงานมาก
ยิ่งไปกว่านั้น เนื่องจากการสังเกตอนุภาคเดียวอย่างต่อเนื่องไม่สามารถทำได้ จึงต้องอนุมานพฤติกรรมจากจุดข้อมูลการทดลองหลายจุด
เมื่อไม่นานมานี้ มีความต้องการวิธีการที่ให้สังเกตสถานะของวัสดุได้โดยตรงในระหว่างการชาร์จและการคายประจุจริงเพิ่มมากขึ้น
ตัวอย่างการวิเคราะห์วัสดุแอโนด
การสังเกตในสถานที่ของขั้วบวกซิลิกอนในระหว่างการชาร์จและการคายประจุ
เวิร์กโฟลว์ต่อไปนี้แสดงให้เห็นระบบที่ช่วยให้สามารถสังเกต SEM ได้ในระหว่างการชาร์จและการระบายประจุ (ดูรูป)
ระบบนี้ช่วยลดจำนวนขั้นตอนที่จำเป็นสำหรับการเตรียมภาคตัดขวางในแต่ละสถานะการชาร์จ/การคายประจุได้อย่างมาก
นอกจากนี้ยังช่วยให้สามารถสังเกตอนุภาคเดียวกันได้ในระยะเวลาที่กำหนดในขณะที่มีการเปลี่ยนแปลง พร้อมทั้งวิเคราะห์การกระจายตัวของลิเธียมภายในอนุภาคซิลิกอนโดยใช้ Gather-X ซึ่งเป็นระบบ EDS ที่สามารถตรวจจับลิเธียมได้
นอกจากนี้ สถานะทางเคมีของซิลิกอนในสถานะประจุต่างๆ สามารถวิเคราะห์ได้โดยใช้ SXES ซึ่งให้ข้อมูลเชิงลึกโดยละเอียดเกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงทางเคมีที่เกิดขึ้นในระหว่างกระบวนการชาร์จ
รูปด้านล่างแสดงให้เห็นขั้นตอนการทำงานและตัวอย่างการสังเกตของแบตเตอรี่โซลิดสเตตที่ตัดขวางโดยใช้เครื่องขัดส่วนตัดขวาง (CROSS SECTION POLISHER™ หรือ CP) โดยสังเกตในสถานที่โดยใช้ SEM
การสังเกตการชาร์จ/การปล่อยประจุในสถานที่เป็นไปได้ด้วยการใช้ตัวยึดที่เข้ากันได้กับ CP เฉพาะและฐานตัวยึดที่ออกแบบมาสำหรับการรวม SEM
แท่นยึดเซลล์ CP สำหรับการชาร์จ/ปล่อยประจุแบบแรงดันที่พัฒนาขึ้นเป็นพิเศษ ช่วยให้สามารถถ่ายโอนประจุได้โดยไม่ต้องสัมผัสกับอากาศหลังการบด เนื่องจากมีฝาครอบสำหรับการถ่ายโอนประจุแบบแยกอากาศจาก CP ไปยัง SEM นอกจากนี้ เมื่อใช้งานร่วมกับฐานขั้วสำหรับการชาร์จ/ปล่อยประจุ จะทำให้สามารถชาร์จและปล่อยประจุภายใน SEM ได้
เครื่องมือเฉพาะทางเหล่านี้ช่วยขจัดความจำเป็นในการกัดหน้าตัดในทุกขั้นตอนการชาร์จ/การระบาย ช่วยให้สามารถสังเกตและวิเคราะห์อย่างต่อเนื่องในระหว่างการชาร์จและการระบายใน SEM
รูปด้านล่างแสดงตัวอย่างการวิเคราะห์ EDS ระหว่างการสังเกตการณ์ด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด (SEM) ในแหล่งกำเนิด สามารถตรวจจับรังสีเอกซ์เฉพาะของซิลิกอนที่ใช้ในขั้วบวกและลิเธียมที่อยู่ใกล้เคียงได้ อย่างไรก็ตาม ด้วยฟังก์ชันการแยกรูปคลื่นของ Gather-X ทำให้สามารถแยกจุดสูงสุดที่ทับซ้อนกันของ Li-K และ Si-L ได้อย่างชัดเจน ด้วยเหตุนี้ ลิเธียมที่แทรกซึมและกระจายตัวอยู่ในซิลิกอนจึงสามารถสังเกตได้ในการทำแผนที่ธาตุ
นอกจากนี้ ฟังก์ชันการเล่นซ้ำของการตรวจจับธาตุ EDS ช่วยให้มองเห็นการผสานรวมในช่วงเวลาต่างๆ ได้ ทำให้สามารถบันทึกพฤติกรรมของลิเธียมได้อย่างละเอียด
เส้น Li-K (สีเขียว) และเส้น Si-L (สีน้ำเงิน) แยกกันโดยการแยกรูปคลื่นของ Gather-X
การสังเกต SEM และการวิเคราะห์ EDS ระหว่างการชาร์จและการคายประจุ
การแสดงภาพพฤติกรรมของลิเธียมด้วยภาพซ้อนทับโดยใช้ฟังก์ชันการเล่นซ้ำ
ตัวอย่างโดย:
ศาสตราจารย์อัตสึโนริ มัตสึดะ
ภาควิชาวิศวกรรมสารสนเทศไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์
มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีโทโยฮาชิ
เครื่องมือเจาะตัวอย่างสำหรับการสังเกตหน้าตัดโดยบริษัท โนกามิ กิเคน จำกัด
ในทางกลับกัน อิเล็กโทรไลต์แข็งในแบตเตอรี่โซลิดสเตตเกิดจากการอัดอนุภาคขนาดหลายนาโนเมตร ทำให้เกิดลักษณะเปราะ การจัดการวัสดุเปราะนี้ในระหว่างการเตรียมผิวก่อนการบดแบบ CP เป็นเรื่องท้าทาย
สำหรับการเตรียมผิวเบื้องต้น จำเป็นต้องใช้เครื่องมือเจาะเพื่อตัดวัสดุเปราะให้เป็นรูปทรงตามที่กำหนดไว้โดยเกิดการแตกร้าวน้อยที่สุด ในกรณีนี้ เราใช้เครื่องมือเจาะที่ผลิตโดยบริษัท โนกามิ กิเคน จำกัด
สำหรับการกัดแบบตัดขวาง ตัวอย่างจะถูกเจาะเป็นรูปสี่เหลี่ยมจัตุรัสขนาด 5 มม. โดยใช้เครื่องมือเจาะ จากนั้นจึงยึดเข้ากับตัวยึด CP สำหรับการอัด/ปล่อยแรงดันแบบซ้อน การกัด CP จะดำเนินการกับตัวอย่างสี่เหลี่ยมจัตุรัสขนาด 5 มม. ขณะที่อุณหภูมิลดลงถึง -120°C และใช้แรงดันแบบซ้อนที่สม่ำเสมอที่ 50 MPa
มีภาพยนตร์แนะนำระบบการสังเกต/วิเคราะห์การชาร์จและการคายประจุในสถานที่
คลิกปุ่มเล่นในกล่องด้านบนแล้วภาพยนตร์จะเริ่มต้น (3 นาที 33 วินาที)
การประยุกต์ใช้งานบนวัสดุขั้วบวก
อิเล็กโทรไลต์ของแข็ง
อิเล็กโทรไลต์ของแข็ง
อิเล็กโทรไลต์ของแข็งของแบตเตอรี่โซลิดสเตต
อิเล็กโทรไลต์ของแข็งทำหน้าที่ทั้งเป็นสารละลายอิเล็กโทรไลต์ โดยขนส่งไอออนลิเธียมระหว่างแคโทดและแอโนด คล้ายกับอิเล็กโทรไลต์ของเหลวในแบตเตอรี่ลิเทียมไอออน (LIB) และเป็นตัวแยกเพื่อป้องกันไฟฟ้าลัดวงจร แม้ว่าจะเป็นของแข็ง แต่ก็มีสภาพนำไฟฟ้าไอออนสูงและมีช่วงเสถียรภาพทางเคมีไฟฟ้าที่กว้าง อิเล็กโทรไลต์อินทรีย์ทั่วไปจะเริ่มสลายตัวเมื่อแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่เกินประมาณ 4 โวลต์ ซึ่งเป็นข้อจำกัดแรงดันไฟฟ้าสูงสุดของแบตเตอรี่ ในทางตรงกันข้าม อิเล็กโทรไลต์ของแข็งสามารถใช้วัสดุแคโทดที่มีแรงดันไฟฟ้าสูงถึง 5 โวลต์ได้เนื่องจากมีช่วงเสถียรภาพที่กว้างกว่า นอกจากนี้ ไอออนลบที่ไม่ใช่ลิเธียมไอออนต่างจากอิเล็กโทรไลต์ของเหลว จึงไม่ส่งผลกระทบต่อสภาพนำไฟฟ้าในอิเล็กโทรไลต์ของแข็งอย่างมีนัยสำคัญ ซึ่งช่วยลดปฏิกิริยาข้างเคียง ส่งผลให้อิเล็กโทรไลต์ของแข็งมีอายุการใช้งานยาวนานขึ้น
กระแสหลักในปัจจุบันของการวิจัยและพัฒนาอิเล็กโทรไลต์ของแข็งมุ่งเน้นไปที่วัสดุสองประเภท ได้แก่ ออกไซด์และซัลไฟด์ ออกไซด์มีค่าการนำไอออนต่ำกว่าซัลไฟด์ แต่มีความเสถียรในอากาศ ในทางกลับกัน ซัลไฟด์มีความเสี่ยง เช่น การเกิดก๊าซพิษ เช่น ไฮโดรเจนซัลไฟด์ แต่มีความอ่อนตัวและช่วยลดความต้านทานของอินเทอร์เฟซ คาดว่าอิเล็กโทรไลต์ออกไซด์ของแข็งจะถูกนำไปใช้ในอุปกรณ์สวมใส่และแหล่งจ่ายไฟ IoT ซึ่งความปลอดภัยและความทนทานต่อการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิเป็นสิ่งสำคัญ อิเล็กโทรไลต์ซัลไฟด์ของแข็งเป็นที่คาดหวังอย่างมากสำหรับแบตเตอรี่รถยนต์ที่ต้องการกระแสไฟฟ้าสูง เนื่องจากมีค่าการนำไอออนสูงและความต้านทานของอินเทอร์เฟซต่ำ
อิเล็กโทรไลต์ออกไซด์ของแข็ง : LLTO
อ้างถึง :เจ.แอพพ์คริสตัล(2011)44,1272-1276
ซัลไฟด์อิเล็กโทรไลต์ของแข็ง: ลิเธียม3PS4
อ้างถึง :เจ.แอพพ์คริสตัล(2011)44,1272-1276
ตัวอย่างการวิเคราะห์อิเล็กโทรไลต์ของแข็ง
ค่าการนำไฟฟ้าของไอออนและค่าสัมประสิทธิ์การแพร่กระจาย
มีความแตกต่างพื้นฐานระหว่างสารละลายอิเล็กโทรไลต์ของแข็งและสารละลายอิเล็กโทรไลต์ของเหลว ค่าการนำไฟฟ้าไอออนิกของสารละลายทั้งสองนี้แตกต่างกันอย่างมาก ในสารละลายอิเล็กโทรไลต์ ไอออนสามารถเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระโดยไม่มีข้อจำกัด ในทางตรงกันข้าม ไอออนในอิเล็กโทรไลต์ของแข็งจะจับกับไอออนโดยรอบ และไม่สามารถเคลื่อนที่ได้ เว้นแต่การจับกันจะถูกเอาชนะด้วยพลังงานความร้อน
ดังนั้น โดยทั่วไปแล้วอิเล็กโทรไลต์ของแข็งจะมีค่าการนำไอออนต่ำกว่าอิเล็กโทรไลต์ของเหลว ยิ่งไปกว่านั้น ไอออนที่จะเคลื่อนที่ในของแข็งจำเป็นต้องมีช่องว่างหรือจุดบกพร่อง ซึ่งเป็นตำแหน่งในโครงสร้างผลึกที่ไม่มีไอออน ไอออนจะเคลื่อนที่ไปยังจุดบกพร่องใกล้เคียงซึ่งเกิดจากพลังงานความร้อน ดังนั้น ยิ่งจำนวนจุดบกพร่องในผลึกมากเท่าใด ค่าการนำไอออนก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น
สำหรับอิเล็กโทรไลต์แบบของแข็งที่ใช้ในแบตเตอรี่แบบโซลิดสเตต การมีค่าการนำไฟฟ้าไอออนิกสูงเทียบเท่าอิเล็กโทรไลต์แบบของเหลวถือเป็นสิ่งที่ต้องการอย่างยิ่ง ดังนั้น การวิจัยและพัฒนาอย่างกว้างขวางจึงมุ่งเน้นไปที่องค์ประกอบและโครงสร้างของวัสดุที่หลากหลาย โดยเฉพาะซัลไฟด์และออกไซด์
มีหลายวิธีในการประเมินสภาพนำไฟฟ้าของไอออน วิธีอิมพีแดนซ์กระแสสลับ (AC impedance) จะวัดความต้านทานและความหนาของตัวอย่าง เรโซแนนซ์แม่เหล็กนิวเคลียร์ (NMR) สามารถประเมินค่าสัมประสิทธิ์การแพร่ตัวเองและพลังงานกระตุ้นของไอออนได้ เทคนิคอื่นๆ ได้แก่ สเปกโทรสโกปีการดูดกลืนรังสีเอกซ์ (X-ray Absorption Spectroscopy) ที่มีการวิเคราะห์โครงสร้างจุลภาคบริเวณกว้างโดยใช้รังสีซินโครตรอน และวิธีการกระเจิงนิวตรอน ในบรรดาเทคนิคเหล่านี้ NMR มีประโยชน์สำหรับการวัดในระดับห้องปฏิบัติการ ระบบ NMR ของ JEOL มีหัววัดเฉพาะที่สามารถวัดกระบวนการแพร่แบบช้าๆ ได้ โดยมีความไวต่ำถึงค่าสัมประสิทธิ์การแพร่ประมาณ 10-14 ตารางเมตรต่อวินาที
ด้านล่างนี้เป็นตัวอย่างการวัดพลังงานกระตุ้นสำหรับตัวอย่างผงและผลึกเดี่ยวของอิเล็กโทรไลต์ออกไซด์ของแข็ง LLTZO ภาพด้านซ้ายแสดงความเข้มของสัญญาณ NMR ที่พล็อตเทียบกับความชันของสนามแม่เหล็กสำหรับตัวอย่างผลึกเดี่ยว ซึ่งนำมาหาค่าสัมประสิทธิ์การแพร่ตัวเองของลิเธียมไอออน (D) ภาพด้านขวาแสดงกราฟ Arrhenius ของ D ที่อุณหภูมิต่างๆ ซึ่งนำมาหาพลังงานกระตุ้นสำหรับการแพร่ไอออน
ความสัมพันธ์ระหว่างอุณหภูมิของกราฟการแพร่กระจาย (ซ้าย) และพลังงานกระตุ้นของการเคลื่อนที่การแพร่กระจายของไอออน (หม้ออาร์เรเนียสของสัมประสิทธิ์การแพร่กระจาย D) (ขวา)
มีภาพยนตร์แนะนำการวิเคราะห์อิเล็กโทรไลต์ของแข็งโดย NMR ให้บริการแล้ว
คลิกปุ่มเล่นในกล่องด้านบนแล้วภาพยนตร์จะเริ่มต้น (4 นาที 39 วินาที)
การวิเคราะห์อิเล็กโทรไลต์ของแข็ง
การวิเคราะห์ก๊าซที่ระเหยออกมาโดย TG-MS
อิเล็กโทรไลต์ซัลไฟด์ของแข็งที่ใช้ในแบตเตอรี่โซลิดสเตตจะเกิดการไฮโดรไลซิสเมื่อสัมผัสกับความชื้นในปริมาณเล็กน้อย ทำให้เกิดไฮโดรเจนซัลไฟด์และก๊าซอื่นๆ การทำความเข้าใจเกี่ยวกับก๊าซปริมาณเล็กน้อยที่เกิดขึ้นจากวัสดุของแบตเตอรี่ในระหว่างการชาร์จและการคายประจุมีส่วนช่วยอย่างมากในการปรับปรุงคุณภาพและความปลอดภัยของอิเล็กโทรไลต์โซลิดสเตต
การวิเคราะห์ก๊าซที่ระเหยออกมาเกี่ยวข้องกับการวัดชนิดของก๊าซที่ปล่อยออกมาจากการให้ความร้อนแก่ส่วนประกอบที่เหลือในวัสดุแข็ง เทคนิคที่ใช้กันมากที่สุดคือ TG-MS ซึ่งเป็นการผสมผสานเทอร์โมกราวิเมทรี (TG) และแมสสเปกโตรมิเตอร์ (MS)
ในการวิเคราะห์ TG-MS ตัวอย่างจะถูกให้ความร้อนในเครื่องวิเคราะห์เทอร์โมกราวิเมตริกเพื่อปรับอุณหภูมิ พร้อมกับสังเกตการเปลี่ยนแปลงของน้ำหนักและปฏิกิริยาดูดความร้อน/คายความร้อนไปพร้อมๆ กัน ขณะเดียวกัน ส่วนประกอบก๊าซที่ปล่อยออกมาจากตัวอย่างจะถูกวิเคราะห์โดย MS แบบเรียลไทม์
สำหรับการวิเคราะห์ข้อมูล MS กราฟ 2 มิติที่มีแกนแนวนอนเป็นมวลและเวลา และแกนแนวตั้งเป็นความเข้มข้น ช่วยให้สามารถวิเคราะห์องค์ประกอบของก๊าซที่เกิดขึ้นในช่วงเวลาหนึ่งๆ ได้ (รูปที่ 1) ในการวัดค่า TG แกนแนวนอนจะสอดคล้องกับอุณหภูมิ ด้วยการผสมผสานสองวิธีนี้ TG-MS สามารถกำหนดอุณหภูมิที่ก๊าซใดๆ ที่มีมวลหนึ่งๆ เกิดขึ้น ในตัวอย่างนี้ TG-MS ได้วิเคราะห์อิเล็กโทรไลต์ของแข็งเพื่อศึกษาทั้งการเปลี่ยนแปลงน้ำหนักและชนิดของก๊าซที่เกิดขึ้น (รูปที่ 2)
รูปที่ 1: ข้อมูล MS (ซ้าย) และข้อมูล TG (ขวา)
รูปที่ 2: ความเข้มข้นตามอุณหภูมิตามมวล (ซ้าย) และข้อมูลที่รวมกับ TG (ขวา)
ตัวอย่างโดย:
ศาสตราจารย์อัตสึโนริ มัตสึดะ
ภาควิชาวิศวกรรมสารสนเทศไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์
มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีโทโยฮาชิ
รายการวิเคราะห์แบตเตอรี่ลิเธียมไอออน (LIB) และเครื่องมือที่เกี่ยวข้องของ JEOL
ตารางด้านล่างแสดงเครื่องมือของ JEOL สำหรับการใช้งานตามวัตถุประสงค์ของการวิเคราะห์/ประเมินผล สำหรับข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับการใช้งาน โปรดดูแคตตาล็อกและเอกสารทางเทคนิคของเครื่องมือแต่ละชนิด หรือติดต่อ JEOL
ความสำคัญของการถ่ายโอนการแยกอากาศในการวิเคราะห์แบตเตอรี่
วัสดุที่ใช้ในแบตเตอรี่ใช้ลิเธียมที่มีปฏิกิริยาสูง มีความเสี่ยงต่อการดัดแปลงเมื่อสัมผัสกับอากาศ จำเป็นต้องมีสภาพแวดล้อมที่แยกอากาศ เช่น ห้องแห้ง ในระหว่างการผลิต และการวิเคราะห์วัสดุจำเป็นต้องเตรียม/สังเกต/วิเคราะห์ตัวอย่างในสภาพแวดล้อมที่แยกอากาศ เครื่องมือและระบบที่แยกอากาศซึ่งเชื่อมโยงระหว่างเครื่องมือวิเคราะห์ต่างๆ มีประสิทธิภาพสำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน
ชุดเครื่องมือของ JEOL สร้างระบบที่ช่วยให้สามารถประมวลผล สังเกตการณ์ และวิเคราะห์ในสภาพแวดล้อมที่แยกตัวจากอากาศ
คลิกปุ่มด้านล่างเพื่อกลับไปที่ Battery TOP