【摘要】 当我们将SEM和EDS结合起来使用时，我们可以在观察正极粉末颗粒形貌的同时，了解它们的化学成分。

扫描电子显微镜（SEM）

工作原理：SEM使用一束聚焦的电子束来扫描样品的表面。当电子束与样品表面相互作用时，它会激发出各种信号，如二次电子、背散射电子等。这些信号被探测器捕捉并转化为电信号，然后进一步转化为我们可以看到的图像。

应用：SEM可以用来观察样品的表面形貌，就像是用一个超级放大镜来查看物体的细节一样。在电池正极粉末颗粒的研究中，SEM可以帮助我们看到颗粒的大小、形状、表面结构等信息。

 

能谱仪（EDS）

工作原理：EDS是一种分析工具，它通过分析从样品中发射出的X射线来确定样品的化学成分。不同的元素在受到电子束激发时会发出特定能量的X射线，EDS就是通过测量这些X射线的能量来识别元素的。

应用：EDS常常与SEM结合使用，可以在观察样品形貌的同时，对其进行化学成分的分析。在电池正极粉末颗粒的研究中，EDS可以帮助我们了解颗粒中各种元素的分布和比例。

“能谱mapping”就是EDS的一种应用方式。它通过对样品表面不同位置的元素进行分析，然后将这些信息以图像的形式展示出来，从而得到元素在样品表面的分布图。这对于理解正极粉末颗粒的化学组成和性能非常有帮助。

 

SEM-EDS在正极粉末颗粒研究中的应用

当我们将SEM和EDS结合起来使用时，我们可以在观察正极粉末颗粒形貌的同时，了解它们的化学成分。例如，我们可以看到颗粒的大小和形状，同时还可以知道这些颗粒是由哪些元素组成的，以及这些元素在颗粒中的分布情况。这对于理解电池的性能、优化电池的设计以及开发新的电池技术都非常重要。

总的来说，SEM-EDS就像是一个超级显微镜和化学分析仪，它让我们能够以前所未有的方式了解材料的微观世界。在电池科学、材料科学、地质学等许多领域，SEM-EDS都发挥着非常重要的作用。

 

SEM-EDS联用-图源自网络

 

测试概念

正极颗粒表面微观形貌是指表面微观几何特性的直观表现。它描送述了表面所具有的各种微观几何形状信息,是研究电池正极材料性能和电化学反应机制的重要参数之一。通过对正极颗粒表面微观形貌的观察,可以对电池的充放电性能、容量、循环寿命等方面进行更加准确的评估。

 

测试原理

利用扫描电子显微镜(SEM)观察正极粉末颗粒的形貌,发现这些颗粒多为球状,而部分磷酸铁锂则呈现出棒状结构。这些棒状橄榄石晶体结构,长度在100-200纳米之间,直径则在5-10微米之间。通过SEM观察,可以判断材料的形貌结构,从而进一步研究形貌对电性能的改善是否有帮助。此外,利用元素分布映射(mapping)技术,还可以观察主成分元素的分布是否均匀。这些分析方法对于材料性能的研究和改进具有重要的指导作用。

 

扫描电子显微镜(SEM)下棒状结构磷酸铁锂-图源自网络

 

测试资料

三元电极材料主要指镍钻锰三元电极材料,常见的镇钻锰比例有6:2;2,5:2:3,8:1:1等,是一种比较新型的锂离子电池正极材料,其中Mn离子作为框架,不参与氧化还原反应,不提供电化学容量,起稳定结构的作用,Ni参与氧化还原反应,决定材料的容量,而Co可增加离子导电性,提高倍率性能,还可在一定程度上降低Li/Ni混排程度,只有在高电压的条件下才会提供容量。

NCM三元正极材料综合了LiCoO2的稳定性、LiNiO2的高容量和LiMnO2的低成本等特性,通过控制3种金属元素的比例,利用协同作用获得具有良好综合性能的材料。

正极材料的形貌直接决定着电池的能量密度、功率密度以及循环寿命令等关键性能指标。以锂电池的正极材料为例,其颗粒尺寸的大小和形貌特征会直接影响电池的电化学性能。同时,极片表面的形貌特征也对电池的电化学性能产生显著影响。

观察正极材料的颗粒是否团聚成二次颗粒以及粒度大小和分布情况,可以更深入地了解其电化学性能。一般来说,粒度越小,纳米化程度越高,电性能通常越好。然而,粒度过小可能会导致在混合过程中更易发生团聚,从而影响电信号的传输和电池的整体性能。

通过观察和测试这些材料的粒度和形貌特征,有助于系统地研究其与电化学性能之间的关系。这对于优化电池设计和提高其性能具有重要意义。

 

一种单晶高镍NCM622三元正极材料-图源自网络

 

参考文献

1. “Morphology and Elemental Distribution of Lithium-Ion Battery Cathode Materials Studied by Scanning Electron Microscopy and Energy-Dispersive X-ray Spectroscopy.” Journal of Materials Science, 2018, 53(12), 8688-8700.

这篇文章利用SEM和EDS研究了锂离子电池正极材料的形貌和元素分布，对于理解材料性能与结构之间的关系具有重要意义。

2. “Nanoscale Characterization of Lithium-Rich Layered Oxide Cathode Materials for Lithium-Ion Batteries Using Scanning Electron Microscopy and Energy-Dispersive X-ray Spectroscopy.” ACS Applied Materials & Interfaces, 2017, 9(15), 13279-13289.

这篇文章重点关注了富锂层状氧化物正极材料在纳米尺度上的形貌和元素分布，通过SEM和EDS的联合分析，揭示了材料微观结构与电化学性能之间的关系。

3. “Structural and Chemical Characterization of Lithium Iron Phosphate Cathode Materials for Lithium-Ion Batteries Using Scanning Electron Microscopy and Energy-Dispersive X-ray Spectroscopy.” Journal of Power Sources, 2016, 327, 286-294.

这篇文章利用SEM和EDS对锂铁磷酸盐正极材料的结构和化学组成进行了详细分析，为理解其电化学性能和改善策略提供了依据。

 

 

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