X-ray Micro-computed Tomography for Structural Analysis of All-solid-state Battery at Pouch Cell Level, ACS Energy Letters 10,3459-3470(2025)
微米立體X光顯微術應用於全固態軟包電池的結構分析
Chen-Jui Huang, Jin An Sam Oh, Marta Vicencio, Tianchen Hu, Hedi Yang, James N. Burrow, Yen-Fang Song(宋艷芳), Gung-Chian Yin(殷廣鈐), Pavel Shevchenko, Kamila M. Wiaderek, Bing Joe Hwang, and Ying Shirley Meng*
2025/11/26
本中作透過微米立體X光顯微術研究全固態軟包電池於製備與充放電後的微結構變化，觀測3個不同狀態的全固態軟包電池樣品分別為(a)未經壓實前(Assembled)、(b)經500MPa均衡壓力壓實後(Pressed)及(c)充放電後(Cycled)的PXM立體影像，經Amira 3D 軟體進行影像分割以及各項定量分析。其中LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2 (NMC811)複合正極影像分割為三部分: NMC811正極材料(深藍色)、LPSCl固態電解質(黃色)及 孔洞/碳黏結相(Pore/CBD,粉紅色) (如下圖所示)，3個不同狀態樣品的孔隙率分別為25.1%(Assembled)、13.8%(Pressed) 及15.6%(Cycled)，經等均壓壓實後的樣品孔隙率較壓實前小，可提升電池性能。經充放電後的樣品因正極材料體積改變、NMC顆粒出現裂縫、產生間隙/孔洞等現象使得孔隙率較未充放電前大，導至電極中的物質不良接觸、曲折度大、電荷傳遞阻抗大、活物利用度低等，皆為導致電池性能變差的原因。另外，NMC顆粒在電極中的接觸面積也是電池性能優劣的重要因素，3個不同狀態樣品NMC正極與固態電解質(solid-state electrolyte (SSE))的接觸面積比為Assembled 77.6%、Pressed 88.9% 及Cycled 83.3%，可發現經壓實後的接觸面積較壓實前大，可提升NMC811正極材料的利用率。經充放電後的樣品因產生孔洞、體積改變及LPSCl塑性變形等使得接觸面積減小，因此電池性能變差。本研究彰顯PXM在立體內部結構觀測及定量分析的獨特性: 非破壞性檢測、快速、視場大、高空間解析度。可觀測項目包括全固態軟包電池的各部分立體結構、突出物、孔隙、不良接觸、活性表面區域和定量分析體積、表面積、顆粒直徑分布、顆粒空間分布、曲折度等，此技術為研發與製造環保儲能系統優越的利器。
研究動態
