电池材料的二维显微成像和表征

光学显微镜起源于17世纪，利用可见光的波长放大物体，达到微米级分辨率，广泛应用于生命科学、材料科学等领域。在电池领域，可以观察电极结构，检测电极缺陷和锂枝晶的生长，为电池研发提供有价值的数据。然而，受可见光波长的限制，它的观察范围有限，而电子显微镜很好地解决了这一问题

1931年问世的蔡司电子显微镜，利用电子束将物体放大300万倍，达到奈米分辨率。由于蔡司电子显微镜的分辨率更高，在电池研发中，用不同的探针，可获得多维度信息（成分、表征信息、粒度、成分比例等），实现正负电极材料、导电剂更多的微观结构如胶粘剂和隔膜的检测（观察材料的形貌、分布状态、粒度、存在的缺陷等）

▲ 电池正负极材料、导电剂、粘结剂、隔膜SEM图 来源：蔡司（使用蔡司电子显微镜测试）
由于其高分辨率，蔡司扫描电子显微镜。能清晰地反映和记录材料的表面形貌，因而成为表征材料形貌最方便的手段之一

虽然二维平面检测简单有效，但有时会有偏差。三维成像为开发人员提供了更直观的检测结果，提高了电池研发的效率和性能

其中，X射线显微镜技术，如蔡司Xradia Versa系列，可以实现电池内部的高分辨率三维无损成像，区分电极颗粒和孔隙、隔膜和空气等，可以大大简化流程，节省时间

▲ 电池内部高分辨率成像（扫描完整样品 - 选择感兴趣区域 - 放大并进行高分辨率成像）来源：蔡司（使用蔡司 Xradia Versa 系列 X 射线显微镜测试）
在此基础上，蔡司推出的四维组织演化表征方法可以获得更多的信息，提供更精细的细节

当需要进一步进行高分辨率分析时，下一代聚焦离子束技术是首选。FIB与SEM相结合，可在纳米尺度上对样品进行精细加工和观察

审核编辑 黄宇