代理岛津气相,液相色谱,离子色谱仪

7*12小时服务热线(业务咨询):400-099-6011

行业新闻

首页 > 新闻中心 > 行业新闻 > 岛津原子力显微镜——锂电池导电性分析(联用元素分析工具)

岛津原子力显微镜——锂电池导电性分析(联用元素分析工具)

提供 来源:微信公众号      日期:2022年09月24日
分享到:

岛津原子力显微镜

锂电池导电性

锂离子电池是一种可充电蓄电池,其通过从活性材料的结构中解吸/插入Li+来充电/放电。从制作工艺而言,锂电池正极由活性材料、导电剂、粘结剂、增稠剂及溶剂去离子水等多相物质混合制成。这其中,对于提高性能和质量控制,主要的是活性材料、粘合剂和导电添加剂的工作状态和分布状态。

图1 锂电池充放电示意图

 

目前应用范围较广的正极材料主要有钴酸锂、磷酸铁锂、锰酸锂、三元材料镍钴锰酸锂和镍钴铝酸锂等。其中高镍三元锂离子电池正极材料NCM(锂镍锰钴氧化物;Li(Ni-Co-Mn)O2)凭借比容量高、成本较低等优势,成为研究的热点,被认为是应用前景的锂离子动力电池正极材料。

为了保证电极有良好的充放电性能,通常加入一定量的导电剂,在活性材料之间、活性材料与集流体之间起到收集微电流的作用,以减小电极的接触电阻,加速电子的移动速率。导电剂的材料、形貌、粒径及含量对电池都有着不同的影响,碳系导电剂从类型上可以分为导电石墨、导电炭黑、导电碳纤维和石墨烯。常用的锂电池导电剂可以分为传统导电剂(如炭黑、导电石墨、碳纤维等)和新型导电剂(如碳纳米管、石墨烯及其混合导电浆料等)。

锂电池粘结剂是一种将活性材料粘附在集流体上的高分子化合物。专门用于粘结和固定电极活性材料,增强电极活性材料与导电剂以及活性材料与集流体之间的电子接触,更好地稳定极片的结构。聚偏氟乙烯(PVDF)是一种具有高介电常数的聚合物材料,具有良好的化学稳定性和温度特性,具有优良的机械性能和加工性,对提高粘结性能有积极的作用,被广泛应用于锂离子电池中,作为正负极粘结剂。

另一方面,正极中的这三种主要物质的分布状态和工作状态决定了锂电池的充放电性能。常遇到的不利情况包括不导电的粘结剂对活性材料的包裹导致无法参与反应,活性材料颗粒的碎裂导致隔离于反应体系,粘结剂/导电剂分散不均导致一些区域间隙过大使活性材料隔离于反应体系。在这些情况下活性材料成为死的活性材料,不再参与电极反应。

图2 正极中各组分存在状态

 

为了更好地分析,需要结合多种仪器进行。传统上,SEM+EDS可以对正极表面形貌和元素分布。但是局限性也很大,首先,EDS仅是一种定性分析工具,不能对元素进行定量分析,需要更准确的方法;另一方面,SEM仅能观察形貌,无法观测正极的工作状态,需要一种表面电学性能观测的方法。因此本实验使用EPMA电子探针微量分析仪(EPMA-8050G)测量正极的元素分布,使用原子力显微镜(SPM-9700HT)观测表面电流分布状态。通过比较EPMA和SPM相同区域图像来评估正极表面各种组分的工作状态。

 

比较EPMA和SPM在相同区域的分析结果。图3至图5示出了EPMA数据,图6至图8示出了SPM数据。在EPMA结果中,图3是成分图像(COMPO),图4是C和F分析的叠加图像,图5是Mn、Co、Ni和O分析的叠加图像。

因为导电剂和粘结剂都含有C,图4中C的位置是导电剂和粘合剂,因为只有粘合剂(PVDF)含有F,因此F的位置是粘合剂。图5中Mn、Co、Ni和O的重叠位置是活性材料。在SPM图像中,图6是用电流模式下的SPM获得的表面形貌图像,图7是低偏压激励下小电流分布图像,图8是高偏压激励下大电流分布图像。结合图6和图5,对比可知道活性材料的分布与形貌;结合图2,可认为图8中电流区域为为导电剂;同时对比图7和图8,从图7中扣除图8的大电流区域,可认为其他小电流区域为活性材料,即活性材料A区域。

但是结合图7和图5 ,可发现有些活性材料在偏压激励下并没有电荷移动(形成电流),因此可判断,未形成电流的活性材料可能是被不导电的粘合剂包裹,或者因破碎和间隙被隔离于反应体系,无法参与充放电,即活性材料B区域。

由此实验可见,对于锂电池的研究,结合元素分析工具(EPMA)和电流分析工具(SPM),既可以了解到各种组分的分布,还可以深度了解个部分的工作状态及可能的失效原因,为深入理解锂电池的工作原理与过程提供可行实验方案。

 

免责声明:文章为转载文章,版权归原作者所有。所转载文章并不代表本网站赞同其观点和对其真实性负责。如涉及作品版权问题,请及时联系我们,我们将作删除处理以保证您的权益!

最新动态

  • 岛津鼎力支持“2021~2022年中药质量与安全风险防控论坛”

    2023年3月24~26日,由中国中药协会中药质量与委员会主办的“2021~2022年中药质量与安全风险防控论坛”在北京会议顺利召开,来自药品生产企业、药品检验机构及科研单位等700余人参加了本次会议。

    2023年03月29日
  • Nexis GC-2030报“CAR AFC无法正常控制”的处理方法

    我们在使用Nexis GC-2030中,有时会遇到CAR1(或CAR2)AFC无法正常控制的错误。下面针对此问题报错的原因以及相关处理方法进行说明,使客户朋友们能够更好地使用。

    2023年07月11日
  • 干货分享丨mRNA疫苗关键质量控制解决方案

    近期,美国食品药品监督管理局(FDA)授予黑色素瘤mRNA疫苗“突破性疗法”的认定,这是全球获此认证的mRNA肿瘤疫苗。国内新型冠状病毒mRNA疫苗也于近期纳入紧急使用。mRNA疫苗是目前炙手可热的医药领域之一,被誉为“全能钥匙”的mRNA疫苗,理论上能够表达任何蛋白,在疫苗、肿瘤治疗、先天性代谢疾病等领域都有着很广阔的前景。但作为一类全新的疫苗,其质量控制仍处于探索阶段,一起来看看岛津新的应用研究成果!

    2023年06月08日
  • 岛津与全球的合作伙伴同在!“泰国科技立国”之路

    泰国国立科技发展署(NSTDA)的目标是激活国内产业的研发,建设对国内外科研人员具有吸引力的国家,即科技立国。

    2023年04月10日
  • 售前咨询 售后咨询 评“香”论“质”丨岛津方案带您揭开人造肉的神秘面纱

    岛津推出《人造肉检测整体解决方案》,内容涵盖感官与营养、食品添加剂、污染物及有毒有害成分等多个方面,涉及试验机、GCMSMS、LCMSMS及ICPMS等相关检测方法,带您一起揭开人造肉的神秘面纱。

    2023年04月14日

BAHENS仪器微信公众号

Copyright © 2010 BaHens(CHINA) INSTRUMENT CO.,LTD 沪ICP备10009833号-12
网站技术支持: 上海高端网站建设 与 定制网站设计 服务商-PAIKY