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STEM-EDS: 晶内纳米孔对于Li-NCM电池正极材料性能衰减的作用
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现阶段蓬勃发展的新能源行业，促使锂离子电池技术不断创新，以满足其追求更高能量密度、更安全和更稳定可靠的目标需求。虽然在三元NCM电池中，增加Ni的含量可以提高其比电容，但是会降低电池的不稳定性，最终影响电池寿命。研究电池循环过程中，电池性能衰减的原理对于发展高Ni三元NCM电池至关重要。
本文作者采用NCM851005为例，观察到了电池纳米孔洞的存在，并研究了纳米孔洞及其中的杂质元素对电池性能的影响。
图1 （a） NCM851005电池的STEM-HAADF
图 （b-d）EDS元素分布图（Ni，S，Ni+S）
如图1（a）所示为作者观察到的NCM中的孔洞信息。
图1（b-d）为EDS测到的元素面分布信息，可以看到孔洞区域Ni含量较基底区域少，S含量增多，这说明杂质元素S在孔洞区域富集。
布鲁克软件独特的可视化谱峰分离功能，可以帮助用户非常准确地确定元素，尤其是具有重叠峰干扰的元素。
图2 基底和纳米孔洞区域的原始谱图对比
图2所示就是基底（bulk）和纳米孔洞（nanopore）两个区域对应的谱图信息。图中不同的颜色代表不同元素的谱峰，通过解卷积的算法和颜色的加持可以帮助用户判断谱峰拟合的完美程度。由对比可以清楚地发现，S元素在纳米孔洞区域出现富集。
图3 布鲁克独特的可视化谱峰分离功能（MoS2为例）
图3以MoS2为例，展示了可视化谱峰分离的强大功能，有助于元素准确的定性定量分析。
作者还采用了其他手段对样品进行了分析和表征，结果表明，纳米孔洞的出现，强烈影响了电池的性能，这主要由于纳米孔洞的形成造成了O的损失，进而形成了”岩盐区“，并且引起应力的形成最终在电池内部形成微裂纹，导致了整体电池性能的下降，其机理讨论示意图如图4所示。
图4 电池循环失效机理探讨示意图
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DOI: 10.1021/acsnano.9b05047
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