氨氮檢測(cè)儀主要材料是什么？

序言

鋰離子電池作為一種新型無(wú)污染、可再生的二次能源裝置，具有輸出電壓高、比容量高、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，因此成為了手機(jī)、筆記本電腦、電動(dòng)汽車(chē)以及航空航天領(lǐng)域的理想電源之選。正極材料、負(fù)極材料、電解液以及隔膜是鋰離子電池的核心組成部分，電解液的主要作用是承載著鋰離子在正負(fù)極之間的傳導(dǎo)，組成部分包括鋰鹽、有機(jī)溶劑以及功能添加劑。隔膜起著隔開(kāi)正、負(fù)極材料的作用，防止二者接觸造成短路，其主要是由過(guò)孔的高分子聚合物薄膜構(gòu)成，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，鋰離子電池充電/放電就是靠鋰離子在正、負(fù)極材料中可逆的嵌入/脫出來(lái)完成。作為鋰電池的核心組成之一——負(fù)極材料，今天就隨小編來(lái)一起探究鋰離子電池負(fù)極材料的神秘世界吧。

一、樣品制備

為了更好地觀察鋰電池負(fù)極材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，小編決定觀察負(fù)極材料的截面，但是傳統(tǒng)的截面樣品制備方式或多或少地會(huì)使樣品形貌失真，比如剪切的話會(huì)使樣品表面產(chǎn)生應(yīng)力，為了更好地觀察負(fù)極材料的真實(shí)結(jié)構(gòu)，于是小編將樣品制備在擋板上，采用Gatan的氬離子拋光儀對(duì)樣品截面進(jìn)行拋光處理后觀察。

圖一：(A)、原始樣品；(B)、將樣品剪切合適后粘在擋板上；(C)、拋光處理后的樣品

二、鋰電池負(fù)極材料的SEM分析

采用ZEISS的sigma 500電鏡觀察樣品的形貌，從圖二的A圖負(fù)極材料截面宏觀形貌圖可以看出鋰電池負(fù)極材料分為上中下三層， 從圖二的B圖可以看出負(fù)極材料其形貌存在層狀結(jié)構(gòu)，從圖二的C、D圖可以看出出現(xiàn)了不同的成分襯度，代表著不同的元素分布。

圖二：鋰電池負(fù)極材料的掃描電鏡圖

三、鋰電池負(fù)極材料的元素分析

結(jié)合圖三的A圖SEM圖和能譜面分布B、C圖可以看出，鋰電池負(fù)極材料的上下兩層主要是石墨且摻雜有硅。自鋰電池問(wèn)世以來(lái)，石墨一直是負(fù)極材料的主流，石墨為層狀結(jié)構(gòu)，層與層之間通過(guò)范德華力結(jié)合在一起，層內(nèi)碳原子統(tǒng)統(tǒng)以sp²雜化的共價(jià)鍵結(jié)合。其具有的優(yōu)良導(dǎo)電性和高度結(jié)晶的層狀結(jié)構(gòu)，有利于鋰離子的嵌入與脫出，且其具有工作電壓平臺(tái)較低以及穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，但是其理論比容量?jī)H為372mAh/g，實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用的產(chǎn)品已經(jīng)能達(dá)到360mAh/g，接近其理論比容量，因此石墨負(fù)極已經(jīng)難有提升空間。硅理論比容量高達(dá)4200mAh/g，而且具有較低的嵌鋰電位，然而，硅在電化學(xué)循環(huán)過(guò)程中，體積變化高達(dá)400%，嚴(yán)重影響其比容量、庫(kù)倫效率和循環(huán)穩(wěn)定性等電化學(xué)性能，因此為充分利用硅和石墨的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)克服其缺點(diǎn)，在石墨材料中摻硅是獲得高比容量負(fù)極材料的有效途徑。

根據(jù)鋰電池的工作原理和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，負(fù)極材料需涂覆于導(dǎo)電集流體上。金屬箔是鋰離子電池集流體的主要材料，其作用是將電池活性物質(zhì)產(chǎn)生的電流匯集起來(lái)，以便形成較大的電流輸出。通過(guò)圖三的能譜面分布D圖可以看出鋰電池負(fù)極材料采用的金屬箔是銅箔，這主要是銅箔具有良好的導(dǎo)電性、質(zhì)地較軟、制造技術(shù)較成熟、價(jià)格相對(duì)低廉等特點(diǎn)，因而成為鋰離子電池負(fù)極集流體首 選。一般將配好的負(fù)極活性漿料均勻涂覆在銅箔表面，活性材料厚度為50~100um，經(jīng)干燥、滾壓、分切等工序，制得負(fù)極電極，銅箔在鋰離子電池內(nèi)既可充當(dāng)負(fù)極活性材料的載體，又可充當(dāng)負(fù)極電子收集與傳導(dǎo)體。

圖三：能譜面分布

結(jié)論

通過(guò)掃描電鏡的顯微觀察以及能譜分析，可以看出該鋰電池的負(fù)極材料主要由摻硅的石墨涂覆在銅箔上組成，是一種常見(jiàn)的鋰電池負(fù)極材料，人們?yōu)榱双@得性能更好的負(fù)極材料，已經(jīng)出現(xiàn)了眾多類(lèi)型的鋰電池負(fù)極材料，但是隨著大家對(duì)鋰電池負(fù)極材料的研究越來(lái)越深，鋰電池負(fù)極材料的種類(lèi)也將更加豐富。

根據(jù)鋰離子電池的形狀鋰離子電池可分為圓柱形的鋰離子電池、方形的鋰離子電池、扣式鋰離子電池等，下圖是鋰離子電池的結(jié)構(gòu)圖。

圖四：(A)、圓柱形鋰離子電池的結(jié)構(gòu)；(B)、方形鋰離子電池的結(jié)構(gòu)；(C)、扣式鋰離子電池的結(jié)構(gòu)