岛津企业管理（中国）有限公司/岛津（香港）有限公司
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岛津原子力显微镜-锂电池电极添加剂研究
岛津原子力显微镜
锂离子电池
锂离子电池广泛用于数码相机和手机等小型电子设备以及混合动力汽车和电动汽车中。锂离子电池由阴极、阳极、隔膜和电解质组成，其中构成阴极和阳极的粉末状材料往往通过粘合剂保持聚集状态。
常用的负极材料是石墨，但近年来硅(Si) 因其理论容量高于石墨活而被视为下一代负极材料。但是由于Si负极材料在充放电过程中随着Li离子的进出而显着膨胀和收缩，因此Si材料的短板是容易破裂且寿命短。为了弥补这个问题，需要选择合适的硬粘合剂以牢固地粘合Si材料。
我们设置了两种环境观察Si负极材料的不同，一种是现实中锂电池使用的电解液，另一种是N2气体环境。样品由附着在玻璃基板上的三种聚丙烯酸粘合剂(1)、(2)和(3)组成。在电解液环境为(A)，N2气体环境为(B)中进行观。
(A)将样品在含有1mol/LLiPF6的碳酸二甲酯(DMC)和碳酸亚乙酯(EC)的混合溶液中浸泡24小时。24小时后进行观察，同时样品仍浸入电解液中。
(B)将上述样品置于密闭环境控制室中，用N2置换室内气氛后，在N2气体中进行观察。
实验结果如上图所示。
(A)在电解液中的样品(1)上观察到约10nm的突起，而样品(2)和(3)都是平坦的。该结果表明样品（粘合剂）（2）和（3）均匀分布在电解液中。
(B)在N2气体中观察时，样品(1)和(2)是平坦的，但在样品(3)上观察到20nm的突起。该结果不同于在电解质中观察到的结果，并证明了在实际用例环境中进行测量的重要性。
除了粘合剂外，锂电池正极或负极材料中，还会添加导电剂以增强电荷的传输效率。因此，使用原子力显微镜的电流模式，还可以观察使用不同导电剂时对导电效果的提升。
如上图所示，对添加了两种不同导电剂的正极材料，分别进行表面形貌和导电性观察。上侧的黄褐色图像为形貌图，下侧蓝色背景的图像为电流图。
可以看到，样品1明显具有更大的粗糙度，但同时电流图上表征电流分布和强度的红黄色点状凸起也更多更密集。由此可以判断样品1使用的导电剂更有利于电荷的传输。
本文内容非商业广告，仅供专业人士参考。
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