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主題2：鋰離子電池的多尺度、多模式二維和三維分析技術

鋰離子電池作為一種能量存儲系統，具有高度復雜的微觀結構涵蓋多個尺度范圍。電池的性能高度依賴于電池的微觀結構，因此使用多模式、多尺度準確的表征電池的微結構對于理解電池性能以及為進一步提高鋰離子電池的性能提供幫助。

聚焦離子束–掃描電子顯微鏡（FIB-SEM）是一種結合了離子束（用于材料加工）和電子束（用于成像）的分析方法。它支持二維和三維成像功能以及用于材料表征的多模式信息收集。報告中討論了FIB-SEM在鋰離子電池二維和三維分析中的應用。

對于二維成像，通過FIB-SEM中的橫截面離子束拋光或交叉式研磨技術證明了NMC陰極上單顆粒（<10 µm）到大面積（> 100 µm）表面的制備。通過Avizo 2D可以對大面積二維圖像進行定量分析，以研究電極結構特征，包括相均勻性，尺寸分布和裂紋密度。對于三維成像，由于電池固有的多長度性質，要獲得具有代表性的體積元素以對電池進行結構分析，需要使用不同的FIB-SEM技術。三種FIB-SEM技術，即（Ga +）FIB-SEM，Plasma FIB-SEM和激光PFIB-SEM，已被用于對聚乙烯隔膜，NMC正極和石墨負極進行三維切片成像分析，以滿足每個不同的長度尺度要求電池樣品。除了顯微結構分析外，還可以在FIB-SEM中研究三維化學元素信息。通過三維二次離子質譜（3D TOF-SIMS）和三維能量色散譜儀（3D EDS），證明了電池電極上元素分布（Li，Ni，Mn和Co）。