【摘要】 扫描电子显微镜-能量色散 X 射线光谱法(SEM-EDS)和飞行时间二次离子质谱法(toF-SIMS)是目前用于测量样品表面元素分布的可行方法。

锂离子电池以其高能量密度和良好的循环性能而不受存储器的影响，成为目前最重要的储能设备。在便携式设备和电动汽车的应用方面，对 LIBs 的性能提高有着强烈的需求。详细了解发生在 LIB 器件电极中的复杂电化学反应对于提高 LIB 器件性能以及器件设计制造是必不可少的。阐明锂离子电池工作原理的最重要和最简单的方法之一是检测锂离子在电池操作过程中的行为。然而，由于缺乏测量工具，很难观察到锂离子在电极中的分布。直接观察锂分布在电池操作过程中的变化(原位角色塑造)尤其具有挑战性，而且使用扫描透射电子显微镜只演示过一次(在非常特殊的情况下)。在许多情况下，使用间接方法估计了锂离子在电极中的行为，包括测量几何形状，晶格参数，化学键合状态和电极材料[1]在 Li 插入(抛弃)进入(离开)电极。

 

扫描电子显微镜-能量色散 X 射线光谱法(SEM-EDS)和飞行时间二次离子质谱法(toF-SIMS)是目前用于测量样品表面元素分布的可行方法。然而，使用 SEM-EDS 检测锂离子是困难的，因为锂化合物中锂离子的 X 射线发射概率非常低。另一方面，扫描俄歇显微镜可以检测高灵敏度的锂离子[2]。然而，由于电子束诱导的锂离子还原和由此产生的锂金属偏析，从这种技术获得的数据的解释是困难的。

 

与这两种技术相比，飞行时间二次离子质谱法(toF-SIMS)可以探测到高灵敏度的锂离子，而且不需要电子束诱导锂还原。二次离子质谱法激光二次离子质谱利用一次离子束溅射直接检测表面原子。因此，原则上可以检测任何元素。特别地，由于锂具有高的正二次离子效率，因此可以用高灵敏度来检测它。实际上，利用 ToF-SIMS 对锂离子电池电极中的锂分布进行映射已有报道。然而，到目前为止，ToF-SIMS 的应用仅限于电池运行后拆卸电极样品的 LIB 器件。因此，研究锂离子行为与电池性能之间的直接相关性，就地观察锂离子在电池运行过程中电极分布的变化是一项非常有价值的技术。

 

  • Julia Maibach, Fredrik Lindgren, Henrik Eriksson, Kristina Edström, and Maria Hahlin,The Journal of Physical Chemistry Letters2016 7 (10), 1775-1780DOI: 10.1021/acs.jpclett.6b00391
  • Nobuyuki Ishida, Daisuke Fujita,Chemical-state imaging of Li using scanning Auger electron microscopy,Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena,Volume 186,2013,Pages 39-43,ISSN 0368-2048,https://doi.org/10.1016/j.elspec.2013.03.001.

 

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