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새로운 배터리 기술 재료 구조 및 화학에 대한 3D 조사

배터리 재료의 구조와 화학적 구성을 이해하는 것은 사이클링 과정에서 새로운 배터리 화학 물질의 거동과 안정성을 결정하는 데 매우 중요합니다. 전극 내의 입자, 공극, 리튬, 바인더 분포와 같은 국소적 형태와 화학적 상태 사이의 복잡한 관계를 파악하는 것은 이러한 첨단 배터리 재료의 성능 최적화 및 열화 방지를 위해 매우 중요합니다.

3D FIB-SEM 단층 촬영과 ToF-SIMS 분석을 결합하여 새로운 배터리 기술의 재료 구성에 대한 자세한 조사를 수행할 수 있습니다. 이 3D 접근 방식은 기존의 ToF-SIMS 깊이 프로파일링보다 더 정밀한 체적 통계 데이터를 제공합니다. 또한 3D ToF-SIMS 단층 촬영은 배터리 구성 요소 내의 오염 물질, 취약점 및 화학적 불일치를 정확히 찾아내는 데 도움이 됩니다.

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배터리 기술의 고체 전해질 인터페이스 특성 분석

새로운 배터리 기술에서 리튬 이온 배터리의 수명과 (방)충전률에 영향을 미치는 중요한 요소는 고체 전해질 인터페이스(SEI)의 형성입니다. 이 나노미터 크기의 얇은 패시베이션 층은 양극 입자가 전해질과 직접 접촉하는 것을 방지하여 부식을 방지하고 (탈)인터칼레이션 과정에서 리튬 이온의 신속한 이동을 촉진합니다.

ToF-SIMS를 FIB-SEM 시스템에 통합함으로써 양극 입자 표면의 분포, 균일성 및 화학적 구성과 같은 SEI 특성을 심층적으로 분석할 수 있습니다. 이 기술은 특히 SEI에 일반적으로 존재하는 Li, C, O, F와 같은 경량 원소를 감지하고 그 깊이 분포를 연구하는 데 능숙합니다.

Solid-State 배터리 성능 저하 연구

고체 배터리는 리튬 이온 배터리의 단점인 가연성, 낮은 열 안정성, 제한된 성능과 강도에 대한 잠재적인 대안을 제공하지만, 이 역시 성능 저하가 발생하기 쉽습니다. 고체 전해질 내부의 균열과 같은 문제는 전기적으로 고립된 영역과 그에 따른 배터리 용량 저하로 이어질 수 있습니다.

FIB-SEM 시스템은 전체 전극-전해질 배터리 구조의 단면을 준비하는 데 필수적입니다. 이를 통해 균열을 식별할 수 있으며, 고체 전해질이 이온 빔에 민감한 경우 극저온 조건을 적용하여 FIB 밀링 공정 중 손상을 최소화하고 재료 재증착을 줄일 수 있습니다.

전극 입자
성능 저하 연구

리튬 이온 배터리의 수명은 주로 박리, 파손 및 부식으로 인한 양극/음극 입자 열화로 인해 손상되는 경우가 많습니다. 리튬 이동 중 기계적 스트레스와 화학 반응에 의해 촉발되는 이러한 성능 저하는 배터리 용량을 현저히 감소시킵니다.

FIB-SEM 시스템을 사용하면 배터리 전극 표면 위와 아래 모두에서 입자 열화를 식별할 수 있습니다. FIB-SEM 시스템 내의 집중된 이온 빔은 단면 준비를 용이하게 하여 3D ToF-SIMS 단층 촬영을 사용하는 부피에서도 SEM, 라만 분광법, ToF-SIMS 화학 매핑을 사용하여 입자 열화의 기원에 대한 포괄적인 연구를 가능하게 합니다.

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