【摘要】 负极极片是电池中的重要组成部分，它承载着电池的负极反应，并负责储存和输出电能。负极极片的截面形貌或厚度非常重要，因为它直接影响了电池的性能和寿命。

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01科学指南针-知识课堂

 

负极极片是电池中的重要组成部分，它承载着电池的负极反应，并负责储存和输出电能。负极极片的截面形貌或厚度非常重要，因为它直接影响了电池的性能和寿命。让我们一起来观察和了解负极极片的形貌。

负极极片的截面形貌通常具有层状结构，这是因为负极材料中包含有活性物质和导电添加剂。活性物质可以是金属、化合物或合金，它们负责储存和释放电荷。导电添加剂则起着连接、传导电荷的作用。

在观察负极极片时，我们可以看到活性物质层和导电添加剂层的分布情况。活性物质层通常位于负极极片的内侧，它们具有大量微小颗粒状结构。这些微小颗粒形成了一个网络，用于存储和释放电荷。导电添加剂层则位于负极极片的外侧，它们具有连续导电性，以确保电荷的传输。

负极极片的厚度也是需要关注的因素。通常情况下，负极极片的厚度较薄，一般在几十到几百微米之间。这是为了达到更好的电荷传输和更高的能量密度。此外，薄厚度也有助于提高电池的灵敏度和响应速度。

观察负极极片的形貌和厚度可以通过一些常用的技术手段实现。例如，扫描电子显微镜（SEM）可以提供高分辨率的图像，显示出负极极片表面的微观结构。此外，X射线衍射（XRD）和透射电镜（TEM）也可以用于表征负极极片的结构和成分。

 

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02测试概念

 

负极极片截面微观形貌是指截面微观几何特性的直观表现，观察微观截面形貌的同时也可进行物质微区成分分析。它描述了截面所具有的各种微观几何形状信息，是研究电池负极材料性能和电化学反应机制的重要参数之一。通过对可以对极片层级精细化微观结构有利于提升电池性能，是一种有效的提升性能的电池设计手段。

 
03测试原理

 

利用氩离子抛光技术，又称CP截面抛光技术，对材料样品截面进行轰击，以获得平整的抛光截面，同时配合扫描电子显微镜（SEM）完成对样品内部结构微观特征的观察和分析。通过对截面的形貌观察，可以看到极片各层的厚度、孔隙分布、颗粒的分布情况、颗粒大小情况和循环后的颗粒的裂纹、缺陷等，从而进一步研究电池极片的真实的内部结构对电性能的影响。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。

 

 

05测试背景

 

锂离子电池负极极片中的活性物质常常经历许多的不可逆的物理化学和机械过程，比如局部过度充放电，表面结构崩塌，不均匀电极/电解液界面，金属溶解/沉淀，体积膨胀/收缩，局部温度波动等；这些副反应之间的相互会导致活性颗粒内部机械或热应力、电化学应力的累积，并进一步可诱发裂缝的出现。电池循环后极片厚度以及截面形貌可能会发生裂纹，极片越厚，锂离子传导距离增加，裂纹增多等都影响电化学性能。观察锂电池极片的真实的内部结构，观察内部颗粒分布、硅碳颗粒里面微米孔、Si团聚体、SEI膜等情况判断锂电池材料的循环寿命，这就是解剖锂电池负极极片截面研究内部结构的观察意义所在。

 
06参考资料

 

  • ASTM D974-18: 这是美国材料和试验协会（American Society for Testing and Materials，ASTM）发布的标准测试方法，涉及了油和石油产品中酸值的测定。虽然不是直接关于负极极片截面形貌观察的标准，但其中包含的方法和技术可以为负极极片截面观察提供一些参考。

  • 学术期刊和学术论文：在电池领域的学术期刊中，常常会有关于负极极片截面形貌观察的研究成果。例如，《电池工程杂志》（Journal of Power Sources）、《电化学通信》（Electrochemistry Communications）等期刊，可以通过检索相关的关键词来获取相关文献。

  • 电池制造商的技术手册和白皮书：大多数电池制造商会发布相关的技术手册和白皮书，其中包含了对负极极片截面形貌观察的方法和标准。可通过电池制造商的官方网站或联系他们来获取相关资料。

  • 电池研究和开发机构的报告和资料：许多电池研究和开发机构也会发布关于电池材料和结构的研究报告和资料。例如，美国国家可再生能源实验室（National Renewable Energy Laboratory，NREL）和日本电池技术研究所（Battery Technology Research Institute，BTRI）等机构相关的报告和资料可供参考。

 

新能源电池材料测试先导者

分析测试实验室

 

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