Pin Li-ion là nguồn năng lượng của nhiều thiết bị điện tử được sử dụng trong cuộc sống hàng ngày. Việc quan sát và nghiên cứu cấu trúc bên trong của các điện cực pin rất quan trọng do những thay đổi của cấu trúc này ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất cũng như chất lượng của pin Li-ion.
Tuy nhiên những loại pin Li-ion này có chất kết dính polyme là những cấu trúc nhạy với chùm tia, dễ dàng bị hỏng khi được quét bằng chùm điện tử có năng lượng cao dẫn đến việc chụp ảnh SEM của các mẫu trở nên rất khó khăn. Một giải pháp lý tưởng có thể giải quyết được bài toán này hệ thống FIB-SEM AMBER do TESCAN cung cấp với cột BrightBeam™ có khả năng chụp ảnh với độ phân giải siêu cao và được trang bị một hệ thống đầu dò mạnh mẽ.
Phân tích Pin Li-ion bằng hệ thống FIB-SEM AMBER đến từ TESCAN
Pin Li-ion là nguồn năng lượng của nhiều thiết bị điện tử được sử dụng trong cuộc sống hàng ngày chẳng hạn như máy tính xách tay, điện thoại di động, pin ô tô, v.v.. Những thiết bị lưu trữ năng lượng phức tạp này có thể chứa nhiều vật liệu khác nhau bao gồm cả kim loại và polyme. Những loại pin Li-ion này có chất kết dính polyme là những cấu trúc nhạy với chùm tia, có thể dễ dàng bị hỏng khi được quét bằng chùm điện tử có năng lượng cao. Thực tế này có thể làm cho việc chụp ảnh SEM của các mẫu trở nên rất khó khăn.
Vấn đề kể trên của pin Li-ion đã đặt ra một thách thức lớn cho các nhà sản xuất. Việc quan sát cấu trúc bên trong của các điện cực rất quan trọng do cấu trúc bên trong của các điện cực này luôn thay đổi trong suốt vòng đời của chúng và những thay đổi này có ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất cũng như chất lượng của pin Li-ion. Điều quan trọng là cần hiểu rõ được các quá trình thay đổi này để khắc phục vấn đề về hiệu suất và thiết kế các giải pháp lưu trữ năng lượng tốt hơn.
Một giải pháp lý tưởng đáp ứng được các yêu cầu phân tích trong ngành công nghệ pin là hệ thống FIB-SEM AMBER do TESCAN cung cấp với cột BrightBeam™ có khả năng chụp ảnh với độ phân giải siêu cao (UHR) và được trang bị một hệ thống đầu dò mạnh mẽ. Cột BrightBeam™ SEM cung cấp độ phân giải cao, đặc biệt là ở năng lượng chùm tia điện tử thấp, đây là điều kiện hoàn hảo để phân tích cả mẫu không dẫn điện và mẫu nhạy với chùm tia (ví dụ: vật liệu kết dính) ở mức năng lượng chỉ vài trăm eV mà không gây ảnh hưởng đến chất lượng hình ảnh.
Hình 1. Cấu trúc nano của cực dương Li được quan sát bằng Multidetector (trái) và Axial detector (phải) tại 2 keV
Hình 2. Cực dương của pin Li-ion được chụp ở 2 keV với E-T detector (trái), với đầu dò Multidetector khi lưới lọc năng lượng TẮT để thu tín hiệu SE (ở giữa) và khi BẬT để thu tín hiệu BSE (phải)
Hệ thống đầu dò của FIB-SEM TESCAN AMBER được tạo thành từ một hệ thống đầu dò in-lens với tín hiệu điện tử lọc theo góc và lọc theo năng lượng, do đó có thể thu nhận một loạt các độ tương phản hình ảnh khác nhau từ hình thái đến thành phần với sự phân biệt rõ ràng giữa tín hiệu BSE và SE. Việc phân tách tín hiệu điện tử thông qua cửa sổ lọc năng lượng cho phép người dùng tự điều chỉnh độ nhạy bề mặt, có thể cung cấp hình ảnh tương phản BSE đặc trưng của vật liệu kết dính mà không gây phá hủy mẫu. Ngoài ra có thể thu nhận thông tin về các lớp bề mặt trên cùng của mẫu bằng cách sử dụng đầu dò BSE trong dải năng lượng hẹp và thu nhận đồng thời các tín hiệu khác nhau nhằm tối đa hóa thông tin giúp nghiên cứu sâu hơn về cấu trúc nano của pin li-ion, xem Hình 1 và Hình 2. Khả năng lọc năng lượng của Kính hiển vi điện tử quét chùm Ion hội tụ FIB-SEM TESCAN AMBER cũng có thể được sử dụng để giảm đi hiện tượng tích điện trên bề mặt mẫu trong quá trình chụp ảnh.
Hình 3. Mặt cắt ngang dài 50 μm được chuẩn bị bằng cột FIB Orage™ (Ga) và được chụp ở 2 keV bằng E-T detector (trái), Axial detector (giữa) và Multidetector (phải)
Mặt khác, liên quan đến biến tính mẫu, FIB-SEM TESCAN AMBER được trang bị cột FIB Orage™ (Ga) với ion quang học tăng cường nhằm mang lại chùm năng lượng thấp hiệu quả, độ phân giải tốt và dòng chùm ion lên đến 100 nA cho thông lượng tối đa và kết quả xuất sắc. Các tính năng này của FIB-SEM AMBER cho phép chúng ta dễ dàng chuẩn bị các mặt cắt ngang (Hình 3) hoặc các mẫu TEM không bị phá hủy với chất lượng cao, bên cạnh đó là chụp cắt lớp FIB-SEM nhằm phục vụ mục đích kiểm tra cấu trúc vi mô của các điện cực pin Li-ion ở các chu kỳ khác nhau, từ đó giúp các nhà nghiên cứu và sản xuất hiểu rõ hơn về sự thay đổi của cấu trúc bên trong của các quá trình này.
Xem thêm: Kính hiển vi điện tử quét SEM TESCAN
