什么是負極材料?
負極材料是電池在充電過程中,鋰離子和電子的載體,起著能量儲存與釋放的作用,主要影響鋰電池的首次效率、循環性能、倍率等指標。在電池成本中,負極材料約占5%-15%,是鋰離子電池的四大關鍵材料之一。
鋰電池工作時主要的移動離子是陽離子,電池充電時,正極的鋰原子電離為帶正電荷的鋰離子和電子。帶正電的鋰離子從正極出發,穿過薄膜后到達負極,并在負極與電子合成鋰原子。電池放電時則相反,鋰離子從負極材料表面電離為鋰離子和電子,其中帶正電荷的鋰離子從負極出發,穿過薄膜后到達正極,并與電子合成鋰原子。鋰離子電池能否成功地制成,關鍵在于能否制備出可逆地脫/嵌鋰離子的負極材料。
負極材料的類型
負極材料主要分為碳材料與非碳材料兩類。碳類是指碳基體系,主要包括人造石墨、天然石墨、中間相碳微球和硬碳。目前市場化應用程度最高的為碳材料中的石墨類負極材料。相比其他類型鋰電池負極材料應用,天然石墨和人造石墨在電池比容量、首次效率、循環壽命、安全性等方面具備綜合優勢,且原材料來源廣泛、價格便宜,是最主流的鋰電池負極材料。
非碳材料主要包括硅基材料、錫基材料、鈦基材料、氮化物和金屬鋰等。
圖2:負極材料分類
掃描電鏡在負極材料的應用
掃描電鏡(SEM)可以輕松將樣品放大幾萬倍,使得幾個納米的細微結構都清晰可見。借助掃描電鏡可以觀察負極材料顆粒物的大小、分布情況、表面形貌、其他摻雜等細微特征,完成層間距的測量,為研究人員改善提升電池的質量提供強有力的幫助。
KYKY掃描電鏡產品在負極材料應用廣泛,服務多家該領域的國內頭部企業,下面為KYKY掃描電鏡對負極材料的觀測圖。
天然石墨
人造石墨
中科科儀多年來一直致力于電子顯微鏡產品的研制開發和技術升級,于1975年成功研制我國第一臺掃描電鏡,2014年成功研制我國第一臺場發射槍掃描電鏡,具備深厚的技術積累與產業化應用經驗。KYKY掃描電鏡可以快速提供負極材料樣品準確和完整的信息,幫助負極材料制造商進一步優化生產過程,提升電池質量。
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