锂离子电池电极材料分析亚博网站下载

从汽车到便携式电子产品，锂离子(Li-ion)电池组件已成为理想的储能选择，与其他电池技术相比，这些高能量密度电池具有重量轻、成本低的优点，因此适合在运输应用中使用。锂离子电池的研究进展包括增加电池的能量密度，同时降低这些存储系统的重量和成本。

在运行锂离子电池时，储存在阳极中的锂被氧化，随后锂被转运⁺离子通过电解液和隔膜lm到阴极。在负极中，负离子被氧化，形成一种可以储存锂离子的化合物。当电池在使用后再次充电时，离子的流动方向相反，因此还原为锂金属形式储存在阳极中，以备将来使用。阳极通常由石墨和锂组成，插在石墨结构中。阴极由锂金属氧化物组成，但其确切成分取决于电池所需的特性。

最常用的正极材料包括:亚博网站下载

• 锂钴(LiCoO₂）
• 锂锰(描写₂O₄）
• 磷酸锂(LiFePO₄）
• 镍锰钴锂;李(NiMnCo) O₂）

这些氧化物的化学计量数会根据电池的充放电情况而变化。

图1所示。运行中的锂离子电池

充电和放电过程的一个副产品涉及在阳极上形成固体电解质界面层(SEI)，这与可逆的锂插层过程竞争。在电池的生命周期内，SEI层将有助于降低容量和电池的最终失效，因此理解SEI层是提高电池整体性能的一个重要领域。深度剖面Nexsa XPS系统提供了一种准确的方法来描述和识别组成SEI和间相层的化学成分的复杂性。

方法

锂对空气和水分非常敏感，因此将锂离子电极材料引入XPS系统必须在不可能暴露于空气的情况下实现。亚博网站下载为了实现这一目标，样品被装入手套箱中的真空传输模块(VTM)，该手套箱与K-Alpha和Nexsa仪器兼容，然后被疏散到手套箱前厅，最后运输到XPS系统。由于VTM是由气压固定在一起的，因此在系统负载锁定过程中，VTM会自动打开，并集成到标准的自动样品传输过程中。

图2。真空转移模块允许在惰性环境中制备的样品转移到分光计室而不暴露在空气中。

在接下来的实验中，研究了两种阴极样品，一种是原始的和未使用的样品，另一种是来自经过多次充放电循环的电池。

结果

正极材料Li(Ni_xMnyCoz啊)₂，是用一种黏合剂介质制备的，这种黏合剂介质是一种含有uorine和含氧聚合物的混合物，用来将材料固定在一起。原始样品表面有大量黏合剂残留，这可能会影响其在电解质中的流动性，或使其发生反应，开始形成表面层，最终阻碍离子传输。

图3。观察原始阴极(蓝色)和循环阴极(红色)样品的光谱

两个样品中Ni、Mn和Co组分的相对强度非常相似，但检测到的Li量约为原始阴极中所见的40%。这在一个带电电池的样品中是预期的，在这个样品中，锂离子传输一直朝着阳极而远离阴极，从而导致阴极中锂的耗尽水平。

图4。NMC组分的组成变化

总结

通过使用真空转移模块和Nexsa XPS系统可以分析锂离子电池组件，包括未使用和循环阴极样品，以确定锂含量的预期变化。

这些信息来源于赛默费雪科学公司提供的x射线光电子能谱(XPS)。亚博网站下载

有关此来源的更多信息，请访问Thermo Fisher Scientific - x射线光电子能谱(XPS)．