【摘要】 负极颗粒是电池中的重要组成部分，其表面形貌和元素分布对电池的性能至关重要。

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负极颗粒是电池中的重要组成部分，其表面形貌和元素分布对电池的性能至关重要。了解负极颗粒的表面形貌和元素分布，可以帮助我们更好地理解电池的工作原理，提升电池的性能。

  • 什么是负极颗粒的表面形貌和元素分布？

    负极颗粒是指电池负极所使用的材料，如锂离子电池的负极材料为石墨。负极颗粒的表面形貌指的是颗粒表面的形状、粗糙度、孔隙等特征；而元素分布则指的是颗粒中各元素的分布情况，例如石墨颗粒中碳元素的分布。

 

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  • 如何测试负极颗粒的表面形貌和元素分布？

  1. 扫描电子显微镜（SEM）：SEM是一种常用的测试方法，能够通过扫描样品表面的电子束，获取样品表面的形貌信息。通过SEM观察负极颗粒的表面形貌，可以了解颗粒的大小、形状、表面结构等。

  2. 能量色散X射线光谱（EDS）：EDS是一种测试元素分布的方法，通过测量样品表面散射的X射线能量来分析样品中各元素的存在情况和浓度。利用EDS技术，可以对负极颗粒中的各元素进行定性和定量分析，如石墨颗粒中碳元素的分布情况。

  3. 原子力显微镜（AFM）：AFM是一种测试样品表面形貌的高分辨率显微镜技术，能够通过探针的触探，对样品表面的微观形貌进行扫描。利用AFM可以观察负极颗粒的纳米级表面形貌，揭示颗粒的粗糙度、孔隙等特征。

 

SEM/EDS/AFM

 

  • 负极颗粒表面形貌和元素分布的研究成果与意义

  1. 表面形貌与电池性能的关系：研究发现，负极颗粒的表面形貌对电池的放电容量、循环寿命等性能具有重要影响。较好的表面形貌能够提高颗粒与电解液的接触面积，促进离子传输和电荷转移，提高电池性能。

  2. 元素分布与电池性能的关系：负极颗粒中元素分布的均匀性对电池性能也有一定影响。良好的元素分布均匀性可以避免电池在充放电过程中的局部极化现象，提升电池的循环稳定性。

     

负极颗粒的表面形貌和元素分布是电池性能的重要因素，通过SEM、EDS、AFM等测试方法可以对负极颗粒进行表征。深入研究负极颗粒的表面形貌和元素分布，有助于改进电池材料的设计和制备，提升电池性能，推动电池技术的发展。

 

可供参考文献

  1. Li, X., Li, J., Chen, Y., et al. (2019). In Situ Analysis of the Surface Structure of Industrial Negative Lithium-Ion Battery Electrodes at Different Cycling States. ACS Applied Materials & Interfaces, 11(34), 30889-30899.

  2. Lin, Y., & Zhao, T. (2018). Correlative analysis of morphology and elemental distribution on natural graphite using SEM and EDS. Journal of Alloys and Compounds, 764, 627-633.

  3. Pu, J., Si, L., Wang, Y., et al. (2019). Atomic force microscopy three-dimensional imaging and analysis of graphite anode materials. Carbon, 141, 147-154.

  4.  

测试项目概念

负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。通过对负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。

 

测试项目原理

通过扫描电子显微镜-能谱仪与电池负极颗粒产生相互作用，能够完好地呈现石墨，硅碳负极等颗粒的表观形貌，观察微观结构；通过X射线能谱分析，可以针对颗粒物表面的元素进行微区成分分析。

 

测试项目资料

石墨材料

常用的电池负极材料(锂电池等)主要分为碳类负极材料、硅基复合材料等等，由于钛酸锂的能量密度限制、硅基复合材料的膨胀劣性一直没有得到很好的解决，碳类负极材料依旧占据着电池负极的主要部分。碳类负极材料主要是由石墨，硬炭，软炭负极三类组成的，石墨是常用的负极材料。石墨由于具备电子电导率高、锂离子扩散系数大、层状结构在嵌锂前后体积变化小、嵌锂容量高和嵌锂电位低等优点，成为目前主流的商业化锂离子电池负极材料；石墨负极或者硅碳负极材料具有稳定的形貌特点，其结构不易发生膨胀坍塌，观察负极材料的形貌可以判定其进行充放电循环的大致情况，石墨碳负极颗粒集中于15-25μm的尺寸，硅碳负极材料集中于3-5um 的尺寸。

 

新能源电池材料测试先导者

分析测试实验室

 

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