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2020年3月提供有力支撐，某新能源汽車公司一則動力電池“針刺試驗(yàn)”視頻將鋰電池的安全問題推向了風(fēng)口浪尖。視頻中對比了三種動力電池——三元鋰電池建議、磷酸鐵鋰塊狀電池與刀片電池品率，在針刺之后，電池發(fā)生短路不斷發展，三元鋰電池出現(xiàn)明火燃燒積極影響，磷酸鐵鋰塊狀電池雖無明火，但有出現(xiàn)冒煙不斷進步，刀片電池則無火無煙工藝技術。日常生活中效率，鋰電池在不規(guī)范使用過程中仍有可能發(fā)生短路現(xiàn)象，比如高功率快速充電引起自燃近年來。

鋰離子電池在充放電過程中講道理，鋰離子在正、負(fù)極之間往返嵌入/脫嵌技術先進，如果充電功率過高鋰離子快速脫出并“游向”負(fù)極更多的合作機會，鋰離子可能會在表面析出形成鋰枝晶，如果鋰枝晶不斷生長認為，就會從負(fù)極刺穿到隔膜行業分類，造成電池短路自燃。島津通過新的Axis Supra+光電子能譜儀分析了造成短路的“罪魁禍?zhǔn)?rdquo;鋰枝晶的內(nèi)部成分及形貌像提高鍛煉，我們一起來看一下發展邏輯！

圖1. Axis Supra+光電子能譜儀

圖2. 鋰離子電池結(jié)構(gòu)圖

X射線光電子能譜（XPS）技術(shù)現(xiàn)在已經(jīng)成為科研分析中的日常表征手段，通過XPS結(jié)合島津Minibeam 6型團(tuán)簇離子槍可以給出材料表面元素有所提升、價態(tài)及其隨深度的變化情況聽得進，離子槍加速電壓可以達(dá)到20kV，相比于10kV的加速電壓先進水平，離子濺射速率提升了約20倍便利性，使其不僅可對較軟的有機(jī)材料進(jìn)行刻蝕，也可對無機(jī)材料進(jìn)行刻蝕重要平臺，如圖3是Minibeam 6型團(tuán)簇槍的結(jié)構(gòu)圖深刻認識。Axis Supra+配備了*的“半球型分析器(HSA) +球鏡型分析器(SMA)”雙層分析器設(shè)置，通過獨(dú)立的球鏡型分析器（見圖4）可以對材料表面元素進(jìn)行快速的化學(xué)態(tài)成像應用提升，兩種技術(shù)強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)手主動性，對鋰離子電池的電極進(jìn)行了表征。

圖3. Minibeam 6型團(tuán)簇離子槍

圖4. 鏡像分析器原理

首先通過XPS全譜分析了電極表面的主要元素發展的關鍵，主要存在Mg道路、Li、Cu真諦所在、O指導、C及少量的F、Na充分、Cl資料、S，全譜圖如圖5所示關註度，之后對材料表面進(jìn)行團(tuán)簇刻蝕分析橫向協同。刻蝕電壓選擇為20kV更讓我明白了，Ar團(tuán)簇數(shù)為500迎難而上，此模式下刻蝕能量大積極，團(tuán)簇數(shù)小，可以對無機(jī)材料進(jìn)行快速的刻蝕堅持先行，團(tuán)簇刻蝕均分到每個Ar原子的能量只有40eV產業，因此對材料的化學(xué)態(tài)影響較小。圖6是團(tuán)簇刻蝕得到的元素深度分布曲線情況較常見，從圖中可看出可持續，在刻蝕到2500s時，Cu元素為主要存在元素體製，說明已基本刻蝕到電極表面構建。Li、O服務延伸、Cl元素靠近樣品表面共創輝煌，Mg元素在表面與體相的分布則比較均衡。

圖5. 電極表面XPS全譜

圖6. 電極表面的深度剖析圖

深度剖析給出了材料元素的縱向分布情況進一步，XPS成像則可以給出表面元素的橫向分布情況大部分。如圖7是材料表面元素的疊加XPS成像，紅色為Cl元素實際需求，藍(lán)色為Mg元素解決方案，可以看出表面呈枝晶狀分布的Cl元素，充電時Li元素與其共同沉積在電極表面形成了枝晶善謀新篇，Mg則屬于電極表面的元素增產。為了對枝晶的物種成分進(jìn)行分析，對枝晶區(qū)域采集了小面積的XPS精細(xì)譜方法，如圖8所示行動力，高氯酸鹽的存在形式表明枝晶物種成分主要為高氯酸鋰。

圖7. 電極表面XPS成像(紅色為Cl穩中求進，藍(lán)色為Mg)

圖8. Cl元素的XPS精細(xì)譜

結(jié) 論

安全無小事統籌，跟人們生活密切相關(guān)的電池安全更是如此，隨著鋰電池研究的深入勇探新路，鋰電池部件表界面的狀態(tài)扮演著越來越重要的角色，比如鋰的嵌入與脫出傳遞、SEI膜的形成機(jī)理與作用試驗、隔膜的表面修飾等等，XPS作為表面分析中重要的研究手段開展攻關合作，正在成為鋰離子電池研究開發(fā)的利器製度保障！本例中通過Axis Supra+型光電子能譜儀對鋰離子電池電極進(jìn)行了分析，結(jié)合團(tuán)簇剖析與XPS成像分別給出了材料表面元素縱向與橫向的分布情況的有效手段，對電極表面及枝晶的“化學(xué)形貌像”進(jìn)行了生動的呈現(xiàn)統籌推進！

撰稿人：王文昌