ZEISS GeminiSEM​

Die Leistungsfähigkeit von Funktionsmaterialien und komplexen Bauteilen wie Batterien, Solarzellen und Brennstoffzellen hängt von der Mikrostruktur der verwendeten Materialien ab. Damit diese Verbundwerkstoffe die gewünschte Leistung erbringen können, muss das Zusammenspiel vieler unterschiedlicher Materialien funktionieren.​

Im Mittelpunkt stehen hier die Materialien Nickel, Mangan und Kobalt. Dieser Batterietyp ist als Li-NMC, LNMC, NMC oder NCM bezeichnet. Die Bezeichnungen NCM 111, 523 usw. geben das jeweilige Verhältnis von Nickel, Kobalt und Mangan an. Das Beispiel zeigt den Querschnitt einer Lithium-Ionen-Batterie mit einer Kathode aus NCM 111. Das Auf- und Entladen von Lithium-Ionen-Batterien führt zu Veränderungen in der Mikrostruktur. Es treten Risse auf, die den Flächeninhalt der SEI-Schicht vergrößern. Dies beeinträchtigt die Leistung der Batterie.​

Mithilfe eines Rasterelektronenmikroskops lassen sich weitere strukturelle Unterschiede zwischen den NCM-Varianten erkennen, die auf andere Produktionsfaktoren zurückzuführen sind. Im Querschnitt betrachtet sind die Primärteilchen von 811 wesentlich kleiner als die von 532 oder 111. Dieser hervorragende Materialkontrast der Subkornstruktur ist nur mit einer Funktion sichtbar, die ausschließlich bei ZEISS-Elektronenmikroskopen zu finden ist: dem– Energy Selective Backscatter (EsB)-Detektor.​

Eine optimierte Zusammensetzung der Elektrolyte kann zu einem geringeren physikalischen Verschleiß der Kathodenmaterialien führen. Durch verbesserte chemische Prozesse lassen sich Kathodenmaterialien mit größeren Kornpartikeln herstellen.​

Querschnitt einer vollständigen Lithium-Ionen-Batteriezelle: EDX-Elementverteilungsbild (O, Al, F, Si und C). Mittels energiedispersiver Spektroskopie (EDX) lässt sich die Elementzusammensetzung der untersuchten Objekte unter dem Mikroskop ermitteln.

Dieses Bild belegt einen hohen Gehalt an Fluor auf der Kathodenseite, wie es bei einer gealterten Probe zu erwarten ist. Fluor ist im Elektrolyten enthalten und verbindet sich mit der SEI-Schicht, die mit der Nutzungsdauer größer wird. Der Böhmit-Separator zeigt erwartungsgemäß Signale für Aluminium und Sauerstoff. Kohlenstoff wird als Leitmaterial im Bindemittel verwendet. Da das Polymer des Separators aus Kohlenwasserstoff besteht, ist Kohlenstoff überall in der Batterie nachweisbar.

Die Korngröße und die Korngrößenverteilung stehen in direktem Zusammenhang mit den Materialeigenschaften. Bestimmen Sie die kristallographische Struktur Ihrer Materialien entsprechend internationaler Standards. Sie können Ihre Proben anhand von drei Auswertemethoden charakterisieren:​

• Planimetrische Methode zur automatischen Rekonstruktion von Korngrenzen​
• Intercept-Verfahren mit einer Vielzahl unterschiedlicher Messgitter zur interaktiven Erkennung und Zählung von Korngrenzenkreuzungen​
• Vergleichsverfahren für die manuelle Bildauswertung mit Vergleichsdiagrammen​
  

Die ZEISS ZEN Intellesis-Software nutzt Algorithmen des maschinellen Lernens und ein vortrainiertes Modell, um die Fremdphase und Korngrenzen zu erkennen. Mit einem Klick können Sie das Modell der Instanzsegmentierung und die zu segmentierende Klasse auswählen.​

Die Ergebnisansicht enthält alle Bilder und Ergebnisse der durchgeführten Analyse. Die Originalbilder werden ebenfalls angezeigt. Sie können alle Ergebnisse der Analyse sowohl in einer übersichtlichen Tabellenansicht als auch in einem Säulendiagramm zur Korngrößenverteilung einsehen.​