UFM-1000离子束切割抛光仪应用分享——锂电池样品表征

引言

作为现代新能源领域的核心能量载体，锂电池凭借能量密度高、循环寿命长、污染小、充放电效率高的突出优势，已深度渗透到我们生活的方方面面——从便携式电子设备（手机、笔记本电脑）到新能源汽车、储能电站，再到航空航天、医疗设备等领域。锂电池的核心组件主要分为五大类，正极、负极、电解液、隔膜、外壳，分工明确、协同工作，其性能表现直接决定了各类产品的续航能力、安全可靠性与使用寿命。本文将从多角度分享目前MICROINNO型号UFM-1000离子束切割抛光仪在锂电池行业中的应用案例分享。

▷ 离子束电压范围0~10keV

▷ 离子束束流密度10mA/cm² 

▷ 离子枪角度调节-10°~+10°

▷ 最大抛光速率＞1mm/Hr（Si@8keV）

2.1正极材料分析

三元前驱体（Ni-Co-Mn氢氧化物）作为三元正极材料的核心前驱体，其微观结构直接决定后续烧结后正极材料的电化学性能与结构稳定性，而截面形貌是解析其内部结构特征的关键切入点。氩离子抛光技术凭借非接触式离子溅射的独特优势，可有效规避传统机械抛光带来的表面损伤、应力变形及研磨剂污染等问题，能制备出原子级平整、低损伤的截面样本，为精准观测三元前驱体粉末的内部微观结构提供了可靠技术支撑。

 （a）NCM前驱体断面SEM

（b）NCM前驱体颗粒内部空隙SEM

三元多晶正极在烧结、锂化等制备过程中，易产生内部裂纹、晶粒团聚、相分离、孔隙异常等缺陷，这类缺陷仅通过表面观测难以识别，却会严重影响电池循环寿命与安全性能。氩离子抛光制备的高质量截面，可清晰暴露内部各类缺陷的位置、形态与分布规律——如晶界开裂、内部空心、杂相析出等，结合后续表征手段可精准分析缺陷成因，反推烧结温度、保温时间、锂化比例等工艺参数的不合理之处，为三元多晶正极制备工艺优化提供直接支撑。

图2 （a）三元多晶正极极片截面SEM

（b）三元多晶正极极片内部颗粒空隙SEM

2.2负极材料分析

石墨作为锂电池负极的主流材料，其截面微观结构（如晶粒堆积状态、层间排列、孔隙分布及充放电后嵌锂形貌）直接影响锂离子嵌入/脱嵌效率、循环稳定性及倍率性能。氩离子抛光凭借非接触、低损伤、高精度的核心特点，相较于传统机械抛光，在电池负极石墨截面制备中具有不可替代的优势，可精准保留石墨材料原始微观特征，为后续SEM、TEM、EBSD等微观表征提供高质量样本，支撑石墨负极的性能优化与工艺改进。

图3 （a）石墨负极极片截面SEM

（b）石墨颗粒内部细节截面SEM

2.3隔膜材料分析

电池隔膜是锂电池四大核心组件（正极、负极、电解液、隔膜）之一，虽不直接参与电化学反应，却是保障锂电池安全稳定运行的“核心屏障"与“离子通道"，其性能直接决定电池的循环寿命、倍率性能、安全性能及能量密度，被誉为锂电池的“心脏瓣膜"。针对隔膜等温度敏感材料，配合冷冻台使用，可在低温环境下完成切割，有效抑制热损伤与结构变形，进一步保障样品原始结构的完整性。

图4 (a)聚烯烃类隔膜截面SEM

(b)陶瓷涂覆隔膜截面SEM

2.4全电池切割

全电池样品（尤其是含电解液、锂金属或高活性电极材料的样品）在空气中易发生氧化、电解液挥发或组分变质，导致微观结构失真，影响表征结果的真实性。该技术全程在真空环境下完成样品转移与切割，无需暴露在空气或湿气中，可有效避免氧气、水分对样品的侵蚀，防止电解液挥发、电极材料氧化及界面反应，完整保留全电池内部各组件的原始微观形貌与化学状态，确保后续表征数据能真实反映全电池的实际工作状态。下图为冷台+真空转移协同作用观察循环后的硫化物全固态粉饼电池，可直接适配EDS元素分析、XPS表面表征、EBSD晶体取向分析等多种后续表征手段，实现全电池微观结构、元素分布、相组成的同步分析，大幅提升表征效率，支撑全电池的研发、工艺优化与失效分析全流程。

图4 (a)冷台+真空转移协同作用观察循环后的硫化物全固态粉饼电池截面SEM

(b)硫化物全固态粉饼电池截面EDS分析

3、产品介绍