鋰離子電池是一種可充電蓄電池,，其通過(guò)從活性材料的結(jié)構(gòu)中解吸/插入Li+來(lái)充電/放電,。從制作工藝而言,，鋰電池正極由活性材料,、導(dǎo)電劑,、粘結(jié)劑,、增稠劑及溶劑去離子水等多相物質(zhì)混合制成,。這其中,，對(duì)于提高性能和質(zhì)量控制,，最重要的是活性材料,、粘合劑和導(dǎo)電添加劑的工作狀態(tài)和分布狀態(tài)。

圖1 鋰電池充放電示意圖

目前應(yīng)用廣泛的正極材料主要有鈷酸鋰,、磷酸鐵鋰,、錳酸鋰、三元材料鎳鈷錳酸鋰和鎳鈷鋁酸鋰等,。其中高鎳三元鋰離子電池正極材料NCM（鋰鎳錳鈷氧化物,；Li(Ni-Co-Mn)O2）憑借比容量高、成本較低和安全性優(yōu)良等優(yōu)勢(shì),，成為研究的熱點(diǎn),，被認(rèn)為是具應(yīng)用前景的鋰離子動(dòng)力電池正極材料。

為了保證電極具有良好的充放電性能,，通常加入一定量的導(dǎo)電劑,，在活性材料之間、活性材料與集流體之間起到收集微電流的作用,，以減小電極的接觸電阻,，加速電子的移動(dòng)速率。導(dǎo)電劑的材料,、形貌,、粒徑及含量對(duì)電池都有著不同的影響，碳系導(dǎo)電劑從類(lèi)型上可以分為導(dǎo)電石墨,、導(dǎo)電炭黑,、導(dǎo)電碳纖維和石墨烯。常用的鋰電池導(dǎo)電劑可以分為傳統(tǒng)導(dǎo)電劑(如炭黑,、導(dǎo)電石墨,、碳纖維等)和新型導(dǎo)電劑(如碳納米管、石墨烯及其混合導(dǎo)電漿料等),。

鋰電池粘結(jié)劑是一種將活性材料粘附在集流體上的高分子化合物,。專(zhuān)門(mén)用于粘結(jié)和固定電極活性材料，增強(qiáng)電極活性材料與導(dǎo)電劑以及活性材料與集流體之間的電子接觸,，更好地穩(wěn)定極片的結(jié)構(gòu),。聚偏氟乙烯(PVDF)是一種具有高介電常數(shù)的聚合物材料，具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和溫度特性,，具有優(yōu)良的機(jī)械性能和加工性,，對(duì)提高粘結(jié)性能有積極的作用，被廣泛應(yīng)用于鋰離子電池中,，作為正負(fù)極粘結(jié)劑,。

另一方面，正極中的這三種主要物質(zhì)的分布狀態(tài)和工作狀態(tài)決定了鋰電池的充放電性能,。最常遇到的不利情況包括不導(dǎo)電的粘結(jié)劑對(duì)活性材料的包裹導(dǎo)致無(wú)法參與反應(yīng),，活性材料顆粒的碎裂導(dǎo)致隔離于反應(yīng)體系,，粘結(jié)劑/導(dǎo)電劑分散不均導(dǎo)致一些區(qū)域間隙過(guò)大使活性材料隔離于反應(yīng)體系。在這些情況下活性材料成為死的活性材料,，不再參與電極反應(yīng),。

圖2 正極中各組分存在狀態(tài)

為了更全面地分析，需要結(jié)合多種儀器進(jìn)行,。傳統(tǒng)上,，SEM+EDS可以對(duì)正極表面形貌和元素分布。但是局限性也很大,，首先,，EDS僅是一種定性分析工具，不能對(duì)元素進(jìn)行定量分析,，需要更精確的方法,；另一方面，SEM僅能觀察形貌,，無(wú)法觀測(cè)正極的工作狀態(tài),，需要一種表面電學(xué)性能觀測(cè)的方法。因此本實(shí)驗(yàn)使用EPMA電子探針微量分析儀(EPMA-8050G)測(cè)量正極的元素分布,，使用原子力顯微鏡(SPM-9700HT)觀測(cè)表面電流分布狀態(tài),。通過(guò)比較EPMA和SPM相同區(qū)域圖像來(lái)評(píng)估正極表面各種組分的工作狀態(tài),。

比較EPMA和SPM在相同區(qū)域的分析結(jié)果,。圖3至圖5示出了EPMA數(shù)據(jù)，圖6至圖8示出了SPM數(shù)據(jù),。在EPMA結(jié)果中,，圖3是成分圖像(COMPO)，圖4是C和F分析的疊加圖像,，圖5是Mn,、Co、Ni和O分析的疊加圖像,。

因?yàn)閷?dǎo)電劑和粘結(jié)劑都含有C,，圖4中C的位置是導(dǎo)電劑和粘合劑，因?yàn)橹挥姓澈蟿≒VDF）含有F,，因此F的位置是粘合劑,。圖5中Mn、Co,、Ni和O的重疊位置是活性材料,。在SPM圖像中，圖6是用電流模式下的SPM獲得的表面形貌圖像,，圖7是低偏壓激勵(lì)下小電流分布圖像,，圖8是高偏壓激勵(lì)下大電流分布圖像,。結(jié)合圖6和圖5，對(duì)比可知道活性材料的分布與形貌,；結(jié)合圖2,，可認(rèn)為圖8中電流區(qū)域?yàn)闉閷?dǎo)電劑；同時(shí)對(duì)比圖7和圖8,，從圖7中扣除圖8的大電流區(qū)域,，可認(rèn)為其他小電流區(qū)域?yàn)榛钚圆牧希椿钚圆牧螦區(qū)域,。

但是結(jié)合圖7和圖5 ,，可發(fā)現(xiàn)有些活性材料在偏壓激勵(lì)下并沒(méi)有電荷移動(dòng)（形成電流），因此可判斷,，未形成電流的活性材料可能是被不導(dǎo)電的粘合劑包裹,，或者因破碎和間隙被隔離于反應(yīng)體系，無(wú)法參與充放電,，即活性材料B區(qū)域,。

由此實(shí)驗(yàn)可見(jiàn)，對(duì)于鋰電池的研究,，結(jié)合元素分析工具（EPMA）和電流分析工具（SPM）,，既可以了解到各種組分的分布，還可以深度了解個(gè)部分的工作狀態(tài)及可能的失效原因,，為深入理解鋰電池的工作原理與過(guò)程提供可行實(shí)驗(yàn)方案,。

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