主题2：锂离子电池的多尺度、多模式二维和三维分析技术

锂离子电池作为一种能量存储系统，具有高度复杂的微观结构涵盖多个尺度范围。电池的性能高度依赖于电池的微观结构，因此使用多模式、多尺度准确的表征电池的微结构对于理解电池性能以及为进一步提高锂离子电池的性能提供帮助。

聚焦离子束–扫描电子显微镜（FIB-SEM）是一种结合了离子束（用于材料加工）和电子束（用于成像）的分析方法。它支持二维和三维成像功能以及用于材料表征的多模式信息收集。报告中讨论了FIB-SEM在锂离子电池二维和三维分析中的应用。

对于二维成像，通过FIB-SEM中的横截面离子束抛光或交叉式研磨技术证明了NMC阴极上单颗粒（<10 µm）到大面积（> 100 µm）表面的制备。通过Avizo 2D可以对大面积二维图像进行定量分析，以研究电极结构特征，包括相均匀性，尺寸分布和裂纹密度。对于三维成像，由于电池固有的多长度性质，要获得具有代表性的体积元素以对电池进行结构分析，需要使用不同的FIB-SEM技术。三种FIB-SEM技术，即（Ga +）FIB-SEM，Plasma FIB-SEM和激光PFIB-SEM，已被用于对聚乙烯隔膜，NMC正极和石墨负极进行三维切片成像分析，以满足每个不同的长度尺度要求电池样品。除了显微结构分析外，还可以在FIB-SEM中研究三维化学元素信息。通过三维二次离子质谱（3D TOF-SIMS）和三维能量色散谱仪（3D EDS），证明了电池电极上元素分布（Li，Ni，Mn和Co）。