天游8线路检测中心 液体锂离子电池
目前流行的锂离子电池是“液体锂离子电池（LIB）”
锂离子电池（LIB）的结构和形状
LIB的基本结构由右图所示的各个元素组成。
正极片和负极片是通过将各自的材料应用到集流体箔上而制成的。
圆柱形电池
方形电池
叠片电池
由于每种材料都使用高反应性锂，因此也必须在干燥室或其他非暴露环境中制造。
正极材料
正极材料锂离子二次电池正极活性物质
铝箔（左）和涂覆后的正极（右）
典型锂离子电池的正极由集流体、正极活性材料、导电添加剂和粘合剂组成。
正极材料粉末（左）正极材料NMC811 SEM图像（右）
含锂过渡金属氧化物用作正极活性材料。正极活性物质为NMC（1/3锰1/3公司1/3)O2,4)
正极材料的晶体结构NMC/NCA层状岩盐结构（左）LFP 橄榄石结构（右）参考：JApplCryst。(2011).44,1272-1276
每种正极活性材料都具有通过将锂的量转换成电荷来计算的理论容量，但由于尚未达到最大容量，因此正在开发能够表现出更高容量的正极材料。各种过渡金属替代品和含不同量锂的材料的研究和开发正在取得进展。研发评估包括与锂插入/脱出反应相关的晶体结构的稳定性、表面涂层膜厚度和化合物。
| 正极材料 | 平均电压[V] | 理论容量[mAh/g] | 有效容量[mAh/g] | 循环特性 | 功能 |
|---|---|---|---|---|---|
| 钴酸锂2 | 3.7 | 274 | 148 | 500～1,000 | 原材料价格昂贵，热稳定性较低 |
| NMC | 3.6 | 280 | 160 | 1,000～2,000 | 潜在的逐渐变化 |
| NCA | 3.6 | 279 | 199 | 500～1,000 | 能量密度高/相对耐低温 |
| 磷酸铁锂4 | 3.2 | 170 | 165 | 1,000～2,000 | 原材料便宜，电位变化平坦，安全性比较高 |
正极集电箔
铝箔是最适合正极集流体的材料，因为它可以容纳正极活性材料并将电子转移到正极活性材料以允许电流流动。
正极材料分析示例正极活性物质的结构评价
正极颗粒的截面SEM图像
正极活性物质由球状二次粒子构成。一次粒径范围从几十纳米到几百纳米
下图是使用SEM-EDS-拉曼耦合系统在SEM内使用拉曼光谱分析正极活性材料的结构随充电速率变化的示例。
提供的示例：丰桥工业大学电气电子信息工程系松田敦典教授
下图显示了使用TEM的正极材料颗粒表面附近的电子衍射图。从极端表面和内部得到不同的电子衍射图案，表明结构不同。
从颗粒的最外层和内部获取NBD图案
下图显示了使用进动电子衍射（PED）分析正极活性材料中颗粒的晶体取向和晶体结构的结果。
正极活性物质粒子的晶体取向图基于晶粒晶体取向的颜色编码。
正极活性物质粒子的相图颗粒表面和内部结构之间的颜色编码差异红色：层状岩盐结构，绿色：
下图是利用原子分辨率HAADF-STEM观察法观察充放电前后的正极活性物质粒子表面的例子。
充电和放电之前
充电和放电后
NMC结构图参考：JApplCryst。(2011).44,1272-1276
用于正极活性物质的结构分析7Li固态NMR也是一种有效的方法。固态核磁共振可以观察整个样品晶体结构中的锂。正极活性物质的锂谱特征是过渡金属(TM)-7可以获得Li谱（图2）。下图2显示了锂过量的层状正极活性材料Li1.2镍0.2锰0.6O27李TM)。
图 1：7Li固态NMR谱的MAS频率依赖性
图2：充放电时锂在正极活性物质结构中的反映7李 MATPASS 光谱参考：科学报告 (2020) 10: 10048
负极材料
负极材料锂离子二次电池用负极活性物质
典型锂离子电池的负极由集流体、负极活性材料、导电剂和粘合剂组成。
将各种材料与溶剂混合制成的浆料
铜箔涂布浆料的负极集电体
石墨负极截面SEM图像
嵌入锂离子的石墨示意图
石墨碳通常用作负极活性材料。石墨负极通过从正极移动进入层状结构之间（插层）的锂来充电。另一方面，在负极活性材料的研发中，硅负极（4,200
负极材料分析相关应用
负极集电箔
铜箔用于负极集电体。与正极集电体一样，负极所用的铜箔也具有耐电解液性和耐氧化性，是耐腐蚀的材料。
电解质
电解质液体锂离子电池用电解质
液基锂离子电池因电解液分解产生的气体而膨胀
电解质负责在锂离子电池中传输锂离子。将离子物质溶解在水等极性溶剂中制成的具有离子导电性的溶液。一般锂离子电池电解液含有碳酸亚乙酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)和碳酸二乙酯(DEC)，因此即使在高电位下也能在不氧化分解的情况下运行。另一方面，有机溶剂由于重复的充电/放电循环、过度放电和过度充电而分解，从而降低电解质的功能。此外，虽然有机溶剂电解质比水溶液具有更高的耐电压，但它们是易燃的，根据消防法（易燃液体）属于危险物质。在过充电状态下，正极材料劣化，释放的氧气氧化分解电解质，导致气体产生。此外，在过度放电的情况下，用于电池负极的铜箔会熔化。
从电池寿命和安全性的角度来看，电解质是一种重要材料，不燃烧且在高电压下工作的电解质的研究和开发正在取得进展。
电解质分析示例使用 AI 结构分析进行电解液劣化分析
本案例研究分析了充放电后的液基锂离子电池中电解质的劣化情况。使用丙酮从拆解的电池中提取电解液，并使用高性能气相色谱飞行时间质谱仪进行测量。结果如下所示。2H6FO3P
锂离子电池 (LIB) 分析项目与我们的设备兼容
以下是根据分析和评估目的适用设备的指南。详细应用请参阅各设备的目录和技术文件，或联系我们的办公室。
电池分析中未暴露传输的重要性
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