【摘要】 负极材料是电池中的一个重要部分，它通过吸收和释放电子来实现电池的充放电过程。

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负极材料是电池中的一个重要部分，它通过吸收和释放电子来实现电池的充放电过程。然而，在长时间使用后，负极材料常常会出现孔洞，这严重影响了电池的性能和寿命。

 

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一、负极材料孔洞的成因

负极材料在充放电过程中，电子的插拔会引发化学反应，导致活性物质与导电剂之间的结合松弛，从而形成孔洞。而这些孔洞会增加负极材料的电阻，造成电池容量下降和内阻增加。

二、孔洞的测试方法

  • 微观表征技术：推荐使用扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）等微观表征技术来检测和观察孔洞的形貌和分布。这些技术能够提供高分辨率和详尽的信息，有助于分析孔洞的成因和性质。

  • 红外热像仪：红外热像仪可以检测负极材料表面的热分布，从而间接反映孔洞分布情况。孔洞部分的热辐射会有所不同，这可以帮助我们快速定位孔洞的位置并评估其数量和大小。

  • 电化学测试方法：采用电化学测试方法可以评估负极材料的电化学性能和孔洞情况。例如，循环伏安法（CV）和恒电流充放电测试（GCD）可以表征负极材料的容量损失和循环稳定性，间接反映孔洞对电池性能的影响。

 

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三、防止和修复孔洞的方法

  • 添加添加剂：选择适当的添加剂可以有效阻止负极材料的孔洞扩散和形成。这些添加剂可以增强电池的循环稳定性和抗孔洞特性。

  • 修改活性物质：改变负极材料中活性物质的形态和组成也是一种有效的方法。通过调控活性物质粒径、表面形貌和颗粒结构等因素，可以减少孔洞的形成和扩展。

  • 优化工艺参数：优化电池的生产工艺参数，如温度、压力和保护气氛等，可以减少负极材料的孔洞和缺陷产生。通过控制工艺参数，可以提高负极材料的均匀性和完整性。

 

孔洞测试概念

孔洞测试主要包括孔隙结构分析、孔隙度、裂缝等。

 

孔洞测试原理

CT是一种非侵入性和非破坏性成像技术，在不破坏样品的情况下，利用X射线穿透物体，然后利用探测器收集由于物体的吸收而衰减了的射线强度。物体内部不同组织结构对X射线的吸收系数各不相同，因此X射线透过样品时，各自吸收的程度不同，所以到达荧屏或胶片上的X射线量就会有差异。光信号通过CCD的处理，转换为电信号，最终再转换为图像信号。因此CT图像上会出现黑白对比度不同的图像。能够获得样品内部三维结构和形貌信息。以往的孔隙分析方式最多只能看到剖切面的孔形，并不能观察内部的孔形，而利用3D X-ray CT断层扫描和三维重构等可以观测多孔材料内部的孔形，琪进行数据分析也可以得到多孔性材料的孔隙度、平均孔径、最大孔径等。该测试主要用于孔隙结构分析、孔隙度、裂缝发育等，尤其是对于封闭孔隙具有较大的优势，在医学、生物化学、工业检测等方面的应用越来越广。

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孔洞测试资料

锂离子负极材料及电极的微观结构显著影响电池的性能发挥，借助高分辨CT，我们能更深入理解材料或电池内部结构，探知界面区域的变化。

分辨率：指像素点的大小，比如200nm分辨率，就是图片中一个像素点的大小是边长200nm的正方形；假设想要看到的最小特征尺寸是“x µm”，需要使用至少 “0.5x µm”分辨率。

 

孔洞测试标准

  1. IEC 62660-2 针对锂离子电池和超级电容器的电池集成技术标准，其中包含了对负极材料孔洞的测试要求和评估方法。

  2. ISO 21732 固态电池-电池材料-粉末-孔隙测试方法可以用于评估负极材料中的孔洞和孔隙性能。

  3. ASTM E3057-16 标准指南针对磷酸铁锂电池的颗粒形貌和微观结构进行了评估，包括对材料中孔洞和缺陷的分析方法。

  4. GB/T 31427-2015 锂离子电池炭负极吸附介质材料的测试方法和质量控制基本要求中阐述了负极材料孔洞的测试要求和评估方法。

 

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