扫描电镜在锂电池电极材料方面的应用

扫描电镜在锂电池电极材料方面的应用，锂电池作为新能源被广泛应用于电子产品和汽车。近年来，国家对新能源产业大力扶持，国内外许多相关的企业和研究所加大投入，不断研究新材料提高锂电池的各方面性能。而锂电材料及相关的全电池、半电池、电池组被投产应用之前需要经过一系列的检测。

因为电池材料的观察尺度都在几微米到几百纳米的范围内，普通光学显微镜无法满足观察的需求，而轻松放大几十到几万倍的扫描电镜（SEM）可以提供最直观的结构观察。

扫描电子显微镜（SEM）主要是利用二次电子信号成像来观察样品的表面形态，即用极狭窄的电子束去扫描样品，通过电子束与样品的相互作用产生各种效应，其中主要是样品的二次电子发射。扫描电子显微镜可以观察到锂电材料的粒径大小和均匀程度，以及纳米材料自身的特殊形貌，甚至通过观察材料在循环过程中发生的形变我们可以判断其对应的循环保持能力好坏。

锂电池组成

锂电池一般由五大部分组成，分别是：正极材料，负极材料，隔膜，电解液，电池壳体。

目前商用锂电池正极材料主要是以钴酸锂，磷酸铁锂，锰酸锂，三元材料等为主；

钴酸锂是最早进行商业化应用的锂电池正极材料，但是钴酸锂最大的缺点就是质量比容量低，理论极限是274mAh/g，出于结构的稳定性考虑，实际应用中只能达到137mAh/g。同时由于地球上钴元素的储量比较低，因此导致钴酸锂的成本偏高，难以在动力电池领域大规模普及。

磷酸铁锂优点有很多，安全性好，循环寿命长，原材料资源丰富，不造成环境污染。但缺点也很明显，除了低温下循环性能极差以外，最主要的缺陷是其导电率和振实密度低，其能量密度只有120-150wh/kg。2016年底国家出台按能量密度进行动力电池的补贴，这可能会阻碍磷酸铁锂动力电池的发展，但磷酸铁锂在电动大巴上的使用具有不可替代性，未来市场空间依旧广阔。

锰酸锂由于与目前普遍使用的钴酸锂、三元材料性质非常接近，其电池生产工艺非常成熟，动力电池生产线与现有生产线基本兼容，特别日韩拟采用18650型电池组合成动力电池模块的技术思路，使锰酸锂动力电池生产更容易实现。

锰酸锂最大的缺点就是高温循环性能较差，但相较于磷酸铁锂，它也有着自己独特的优势。（1）锰酸锂的体积比能量优于磷酸铁锂，锰酸锂的容量比磷酸铁锂低约25%，但其电压比磷酸铁锂高15%，且锰酸锂的压实密度高约40%，因此锰酸锂的体积比能量高于磷酸铁锂25-30%。（2）锰酸锂的一致性优于磷酸铁锂，由于锰酸锂产品不含碳，因此产品的性能参数稳定，一致性好对动力电池生产十分有利。

三元材料主要有镍钴铝酸锂（NCA）和镍钴锰酸锂（NCM）两种，其中NCA是目前商业化正极材料中比容量最高的材料。

锂电正极材料