鋰離子電池由于具有高能量密度、高循環(huán)壽命、安全等諸多優(yōu)點(diǎn)，是現(xiàn)代生活中最受歡迎的便攜式電源，有著廣闊的應(yīng)用前景。為了充分發(fā)揮鋰離子電池的潛力，推進(jìn)其實(shí)用化進(jìn)程，需要深入研究電極反應(yīng)歷程。?

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作為鋰離子電池研究的得力助手，原子力顯微鏡（AFM）能通過(guò)其針尖原子與電極表面原子之間的相互作用， 實(shí)時(shí)檢測(cè)電極表面的微觀形貌，在納米尺度上提供電極表面的物理化學(xué)信息，為電極材料和電解液的優(yōu)化改性提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

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本文詳細(xì)介紹了AFM在鋰離子電池研究中的最新應(yīng)用進(jìn)展，包括電化學(xué)反應(yīng)條件下電極材料的形貌變化、納米力學(xué)性能和電學(xué)性能等，說(shuō)明AFM將會(huì)進(jìn)一步推動(dòng)鋰離子電池的研究進(jìn)展。

AFM的工作原理和成像模式

1.?AFM的工作原理

AFM主要由探針、壓電陶瓷掃描管、反饋控制系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)軟件4部分組成，當(dāng)探針針尖原子與樣品表面原子足夠接近時(shí)，它們之間的作用力會(huì)隨著距離的變化而變化。

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圖1 作用力與針尖-樣品間距離的關(guān)系

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其作用力與距離的關(guān)系如圖1所示，當(dāng)原子與原子很接近時(shí)，先出現(xiàn)吸引力（范德瓦爾斯力），當(dāng)原子與原子再逐步靠近時(shí)， 彼此電子云之間將產(chǎn)生靜電排斥力，由于該斥力比吸引力增長(zhǎng)快，因此合力將快速地由吸引力轉(zhuǎn)變?yōu)槌饬Α?/span>

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在掃描過(guò)程中AFM通過(guò)檢測(cè)探針微懸臂Z方向的形變，或者記錄針尖移動(dòng)的軌跡來(lái)進(jìn)行成像。

2.?AFM 的成像模式

根據(jù)成像時(shí)針尖與樣品間的距離以及主要作用力的形式不同，AFM主要分為以下3種成像模式：

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（1）接觸模式

在該模式的整個(gè)掃描成像過(guò)程中，探針針尖始終與樣品表面保持接觸，反饋系統(tǒng)使探針懸臂梁的受力保持恒定，針尖尖端在樣品表面進(jìn)行掃描，通過(guò)記錄保持恒定力所需的電壓進(jìn)行成像；

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（2）輕敲模式

該模式中懸臂梁在其共振頻率附近振蕩，并監(jiān)測(cè)其振幅。從一個(gè)自由振幅開始，當(dāng)懸臂梁接近樣品并開始撞擊其表面時(shí)，振幅就會(huì)衰減。通過(guò)記錄保持恒定振幅所需的反饋信號(hào)就能獲得樣品的表面形貌圖；

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（3）非接觸模式

該模式在成像時(shí)，探針始終不與樣品表面接觸，探針懸臂在樣品表面上方幾納米內(nèi)進(jìn)行掃描，通過(guò)保持微懸臂共振頻率或振幅恒定來(lái)控制針尖與樣品之間的距離。針尖與樣品間的作用力是處在吸引力區(qū)域內(nèi)較弱的長(zhǎng)程范德瓦爾斯力，為了提高信噪比，通常會(huì)在針尖上施加一個(gè)微小的高頻振蕩信號(hào)來(lái)檢測(cè)其微小的作用力。

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目前在以上3種基本成像模式的基礎(chǔ)上，AFM又衍生出許多細(xì)分的成像模式，如扭轉(zhuǎn)共振模式、Peak Force Tapping模式等，能夠檢測(cè)更多物理量（表1）。

表1 幾種常見的AFM 成像模式及其特點(diǎn)

固體電解質(zhì)界面膜（SEI）中的應(yīng)用

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1.?SEI 膜的形成和變化

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SEI膜具有固體電解質(zhì)的特征，是電子絕緣體，但離子可以經(jīng)過(guò)該層自由地嵌入和脫出，其穩(wěn)定性對(duì)鋰離子電池LIBs 的循環(huán)性能和安全性有極大的影響。

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通常會(huì)使用電化學(xué)阻抗光譜儀、拉曼光譜儀器、X 射線光電子光譜儀、AFM等來(lái)對(duì)SEI膜的形成、變化和功能進(jìn)行研究，其中AFM在研究SEI膜的形成、形變和破裂過(guò)程上起著極為重要的作用。

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AFM 能夠在電化學(xué)反應(yīng)條件下實(shí)時(shí)檢測(cè)到有關(guān)鋰離子擴(kuò)散、電子遷移、電極-電解液界面反應(yīng)，以及SEI 膜形成、形變和破裂的信息，這些信息為研究SEI膜提供了可靠依據(jù)。

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鋰電大牛Robert Kostecki課題組通過(guò)原位AFM和循環(huán)伏安法發(fā)現(xiàn)，當(dāng)電位>0.7 V（Sn-Li 合金化電位）時(shí)，在碳酸乙烯基電解液中錫箔電極上開始形成SEI膜，電位在2.5V時(shí)SEI 膜初步形成（下圖）。

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（DOI：10.1016/j.elecom.2009.09.019）

萬(wàn)立駿院士等對(duì)單根硅納米線電極在SEI層形成過(guò)程中的形貌變化進(jìn)行了原位表征，將其形成過(guò)程分為3個(gè)階段，提出了mixture-packing的結(jié)構(gòu)模型來(lái)描述SEI膜的形成過(guò)程，并通過(guò)加大探針和樣品間作用力的方法刮去了部分SEI膜，從而測(cè)量出了SEI膜的厚度為18～38 nm（下圖）。

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（DOI：10.1021/am505847s）

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美國(guó)布朗大學(xué)Brian W. Sheldon課題組研究發(fā)現(xiàn)硅負(fù)極嵌鋰后體積會(huì)膨脹300%，從而導(dǎo)致了SEI膜結(jié)構(gòu)的破裂，利用AFM研究者還研究了SEI膜裂縫的整個(gè)開啟和閉合過(guò)程（下圖）。

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（DOI：10.1021/acsenergylett.6b00284）

對(duì)SEI膜應(yīng)力狀態(tài)及裂紋產(chǎn)生情況的測(cè)試結(jié)果表明，剪力滯后區(qū)和島狀中心區(qū)的SEI膜形成狀況大相徑庭。其中剪力滯后區(qū)的SEI膜上出現(xiàn)了大量裂紋，這些裂紋在脫鋰后仍無(wú)法閉合。該工作提出，鋰化過(guò)程中硅的橫向膨脹對(duì)SEI膜的形成過(guò)程造成了影響，而剪力滯后區(qū)的拉應(yīng)力加劇了裂紋的形成。

德國(guó)伊爾默瑙工業(yè)大學(xué)Michael Stich課題組用原位AFM研究了晶體碳負(fù)極表面SEI膜的生長(zhǎng)與變化過(guò)程，結(jié)果表明在負(fù)電位掃描過(guò)程中，生長(zhǎng)完全的SEI膜在1.5V時(shí)表面開始出現(xiàn)小的形變，在0.8V以下形變加快，這種快速的形貌變化被認(rèn)為是電解液還原形成的有機(jī)分解產(chǎn)物所致。

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（DOI：10.1021/acsami.7b09181）

中科院化學(xué)所王棟課題組利用電化學(xué)AFM對(duì)濃電解液中SEI的形成及形態(tài)進(jìn)行了研究。該工作以高取向熱解石墨（HOPG）作為石墨電極模型，以DMSO中不同濃度的雙(三氟甲基磺?；?酰亞胺（LITFSI）作為電解質(zhì)，結(jié)果表明電解質(zhì)濃度對(duì)石墨與DMSO基電解質(zhì)的界面反應(yīng)有顯著影響，高濃度電解質(zhì)能夠促進(jìn)SEI膜的形成，防止鋰離子插層。

（DOI：10.1021/acsami.5b01024）

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中科院化學(xué)所萬(wàn)立駿、王棟等利用AFM原位研究了首次充放電循環(huán)中單晶硅片負(fù)極界面的形貌變化，其SEI膜的形成過(guò)程為：初始SEI膜從1.5 V開始形成，在1.25～1.0 V之間快速生長(zhǎng)，0.6 V左右生長(zhǎng)緩慢。初始SEI膜具有層狀結(jié)構(gòu)的特征，表層薄膜較軟，下層呈顆粒狀，機(jī)械穩(wěn)定性較好。經(jīng)過(guò)首個(gè)充放電循環(huán)后， 硅負(fù)極表面被厚度不均一的SEI膜所覆蓋，SEI膜的厚度大約為10～40 nm。

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2.?納米力學(xué)、電學(xué)性能

通過(guò)納米壓痕，AFM 還可以被用于測(cè)定聚合物材料和有機(jī)薄膜的力學(xué)性能，如彈性模量和接觸剛度。

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美國(guó)路易斯安那州立大學(xué)John C. Flake課題組通過(guò)AFM納米壓痕分析發(fā)現(xiàn)，在電解液中加入硅烷添加劑能夠改善SEI膜表面的力學(xué)性能（附著力），從而提高了硅負(fù)極在鋰離子嵌入和脫出循環(huán)過(guò)程中體積變化的能力。（DOI：10.1016/j.jpowsour.2011.05.059）

在重復(fù)循環(huán)過(guò)程中，負(fù)極顆粒由于嵌鋰和氣體產(chǎn)生會(huì)發(fā)生體積變化、應(yīng)力和壓力積累，從而引起SEI膜和電極顆粒表面的不穩(wěn)定或造成物理?yè)p傷。 如果負(fù)極表面形成的SEI膜的彈性較小，在嵌鋰過(guò)程中會(huì)更易破裂，因此彈性模量對(duì)于SEI膜穩(wěn)定性 研究具有極為重要的意義。

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近年來(lái)，人們利用AFM納米壓痕技術(shù)進(jìn)行了大量研究：

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中國(guó)科學(xué)院蘇州納米所陳立桅團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)， 在SEI形成過(guò)程中，MnO負(fù)極上的SEI膜楊氏模量會(huì)發(fā)生變化。

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（DOI：10.1021/nl300570d）

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密歇根大學(xué)Jonghyun Park團(tuán)隊(duì)結(jié)合計(jì)算研究證明SEI膜的彈性性能受其化學(xué)成分影響極大，有機(jī)/聚合物組分與無(wú)機(jī)組分的SEI膜在彈性性質(zhì)上存在顯著差異。（DOI：10.1016/j.jpowsour.2014.11.120）

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中科院物理所李泓課題組發(fā)現(xiàn)硅負(fù)極上的SEI膜具有單層、 雙層、多層、多孔和夾層結(jié)構(gòu)，楊氏模量結(jié)果表明 SEI膜的分布不均勻，軟的SEI部分傾向于生長(zhǎng)在SEI膜的外層；加入VC添加劑后SEI膜會(huì)覆蓋于整個(gè)硅負(fù)極表面，充電后可隨溫度的升高而分解（下圖）。

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（DOI：10.1039/C4CP01968G）

日本國(guó)家先進(jìn)工業(yè)科學(xué)技術(shù)研究Mitsunori Kitta團(tuán)隊(duì)所用原位AFM研究了鋰負(fù)極表面的鋰沉積機(jī)理及其表面形成的鋰金屬凸起，并表征了鋰負(fù)極SEI膜的力學(xué)性能，提出鋰原子之間弱的結(jié)合力是形成凸起狀鋰金屬沉積物的本質(zhì)原因。該工作還發(fā)現(xiàn)均勻分布的SEI膜能夠誘導(dǎo)鋰沉積反應(yīng)在鋰負(fù)極表面均勻進(jìn)行（下圖）。

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（DOI：10.1021/acs.langmuir.6b04651）

AFM在鋰離子電池負(fù)極材料研究中的應(yīng)用

1.?表面結(jié)構(gòu)及修飾

中國(guó)科學(xué)院蘇州納米所陳立桅團(tuán)隊(duì)利用AFM研究了負(fù)極MnO薄膜在不同充放電狀態(tài)的形貌變化（下圖）。

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（DOI：10.1021/nl300570d）

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結(jié)果發(fā)現(xiàn)放電到0.8V和0.3V時(shí)，As沉積的MnO表面粗糙度變化不大，當(dāng)放電到0.1V時(shí)，表面晶粒尺寸開始增大，粗糙度顯著增加。當(dāng)MnO電極放電到0.01V時(shí)，表面 現(xiàn)約200nm 的顆粒沉積，粗糙度增加到約280nm。當(dāng)MnO電極充電至3.0V后，大顆粒沉積消失，表面粗糙度降為11nm，與原始MnO（粗糙度12nm）表面相似的形貌再次出現(xiàn)。研究者認(rèn)為 MnO膜表面的這種變化是SEI膜的形成和分解過(guò)程。

美國(guó)陸軍研究實(shí)驗(yàn)室Collin R. Becker對(duì)修飾有Al2O3的硅電極進(jìn)行了研究，AFM結(jié)果表明，相較于未修飾的硅電極，3nm?Al2O3鍍層形成了有效的界面保護(hù)層，提高了器件能量密度，抑制了嵌鋰、脫鋰過(guò)程對(duì)材料結(jié)構(gòu)的改變。在電學(xué)測(cè)量結(jié)果中，修飾過(guò)的硅電極在充放電過(guò)程后具有更低的導(dǎo)電性，表明了修飾層的穩(wěn)定性（下圖）。

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（DOI：10.1021/acsami.5b09544）

日本京都大學(xué)Zempachi Ogumia團(tuán)隊(duì)研究了不同電解液添加劑對(duì)鋰負(fù)極SEI膜的影響，發(fā)現(xiàn)FEC添加劑能促使鋰負(fù)極表面生成均勻致密的SEI膜，而VC或ES添加劑則沒(méi)有類似的效果。研究者認(rèn)為這是由于FEC所含的氟原子增加了鋰負(fù)極SEI膜的LiF含量，因此形成的SEI 膜抑制了鋰枝晶的形成。（DOI：10.1149/1.1516770）

2.?原位AFM 的測(cè)量

硅基負(fù)極材料的理論能量密度比碳電極高，但由于其在嵌鋰和脫鋰過(guò)程中會(huì)經(jīng)歷過(guò)大的體積膨脹和收縮，使得實(shí)際能量密度和壽命比碳電極更低， 因此研究硅基負(fù)極材料的伸縮情況極為重要。

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為了了解在電化學(xué)循環(huán)過(guò)程中結(jié)晶Si（c-Si)和非結(jié)晶Si（a-Si）的變化差異，美國(guó)陸軍研究實(shí)驗(yàn)室Collin R. Becker對(duì)a-Si進(jìn)行原位AFM測(cè)量，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在循環(huán)過(guò)程中直徑在200 nm 以上的a-Si納米線體積膨脹率能夠達(dá)到約300%， 而直徑100 nm的體積膨脹率則在200%以下。

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（DOI：10.1021/nn4037909）

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通過(guò)原位AFM對(duì)添加了聚合物黏合劑和炭黑的納米顆粒硅電極在充放電過(guò)程中的結(jié)構(gòu)和形貌變化進(jìn)行測(cè)量后，卡爾斯魯厄理工學(xué)院Ben Breitung等人發(fā)現(xiàn)在0.6V時(shí)，硅電極的形貌開始發(fā)生變化，納米顆粒的尺寸增大，電極表面開始形成SEI層。0.2V以下為嵌鋰過(guò)程，納米顆粒會(huì)進(jìn)一步增大。而在脫鋰過(guò)程中（0.01～0.6 V）由于SEI層的掩蓋，硅納米顆粒沒(méi)有發(fā)現(xiàn)明顯的變化。

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（DOI：10.1039/C6NR03575B）

日本京都大學(xué)Takayuki Doi等人以HOPG邊緣面為工作電極（HOPG邊緣面表面的微觀結(jié)構(gòu)與商業(yè)鋰電池中的石墨更相似），通過(guò)原位AFM對(duì)表面成膜進(jìn)行了研究。對(duì)邊緣面和基面上形成的SEI膜的比較分析后， 得出了在邊緣平面上能形成更有效的SEI膜的結(jié)論。（DOI：10.1021/jp2064672）

中科院寧波材料所沈彩課題組利用電化學(xué)AFM原位研究了HOPG表面SEI膜在不同電解液中的成膜演變過(guò)程（下圖）。

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（DOI：10.1016/j.apsusc.2018.02.014）

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通過(guò)對(duì)含有不同鋰鹽的電解液中形成的SEI膜研究后發(fā)現(xiàn)，在含有LiDFOB的電解液所形成的SEI膜要比LiBOB電解液所形成的SEI膜薄，且前者SEI膜的楊氏模量（15.14 GPa）要比后者（4.73 GPa）高出一個(gè)數(shù)量級(jí)。說(shuō)明通過(guò)改變電解液組成可以調(diào) 控HOPG表面SEI膜的厚度及力學(xué)性質(zhì)。

美國(guó)加州大學(xué)圣迭戈分校Michael G. Verde等用原位導(dǎo)電AFM研究了Li4Ti5O12負(fù)極在嵌鋰/脫鋰過(guò)程中的相變機(jī)制（下圖）。

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（DOI：10.1021/acsnano.5b07875）

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通過(guò)觀察不同荷電狀態(tài)下的電極表面形貌和電流強(qiáng)度變化，發(fā)現(xiàn)該負(fù)極能夠在Li4Ti5O12和Li7Ti5O12兩相之間發(fā)生可逆轉(zhuǎn)變。結(jié)合XPS的測(cè)試結(jié)果，該工作提出Li4Ti5O12負(fù)極的相變單個(gè)晶粒內(nèi)的滲透通道進(jìn)行的，并且該變化不會(huì)跨越晶界處橫向進(jìn)行。

AFM在鋰離子電池正極材料研究中的應(yīng)用

1.?表面形貌的測(cè)量

LiFePO4是目前的離子電池體系中一種常見的正極材料，LiFePO4電池具有最高的重量能量密度、高理論容量和3.5V的高工作電壓。但隨著充放電循環(huán)次數(shù)的增加，電池的容量和功率會(huì)下降即發(fā)生老化。AFM 是研究LiFePO4電池老化問(wèn)題的重要段之一。

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美國(guó)俄亥俄州立大學(xué)Bharat Bhushan團(tuán)隊(duì)對(duì)LiFePO4正極進(jìn)行了高分辨AFM成像分析，粒度和粗糙度結(jié)果表明老化正極表面呈顆粒團(tuán)聚現(xiàn)象，該團(tuán)聚顆粒被認(rèn)為是由納米晶沉積的分解和/或形成而產(chǎn)生的小顆粒組成（下圖）。?

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（DOI：10.1016/j.jcis.2012.05.026）

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電導(dǎo)率測(cè)量結(jié)果表明，顆粒團(tuán)聚會(huì)導(dǎo)致表面電導(dǎo)率下降，研究者認(rèn)為可能是在團(tuán)聚過(guò)程中顆粒表面的碳涂層發(fā)生降解所導(dǎo)致。

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BharatBhushan團(tuán)隊(duì)用原位AFM研究了LiFePO4正極的形貌演變。放電后表面形貌無(wú)明顯變化，通過(guò)粒子分析，LiFePO4表面的粒子表面積增加了1.8%～14.3%，這是由于鋰離子插層所致。

（DOI：10.1016/j.jcis.2014.02.035）

密歇根大學(xué)Jonghyun Park團(tuán)隊(duì)用原位AFM研究了LixCoO2在鋰化和脫鋰過(guò)程中的變形。AFM測(cè)量的平均高度變化與模擬結(jié)果吻合較好。（DOI：10.1016/j.jpowsour.2012.09.017）

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美國(guó)加利福尼亞大學(xué)戴維斯分校Pieter Stroeve課題組利用AFM揭示了在恒電位條件下，LiMn2O4復(fù)合電極表面顆粒在混合有EC、DMC和DEC的1 mol/L LiPF6中形成和溶解的過(guò)程。（DOI：10.1021/ie020519z）

中國(guó)科學(xué)院蘇州納米所陳立桅團(tuán)隊(duì)利用原位AFM對(duì)層狀LiCoO2正極電解質(zhì)界面（CEI）膜在高電壓循環(huán)過(guò)程中的形貌演化進(jìn)行了觀察（下圖）。

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（DOI：10.1021/acsami.7b03024）

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結(jié)果表明，界面反應(yīng)和CEI膜的形成高度依賴于晶面，CEI膜僅在LiCoO2微晶的邊緣面形成，而在基面不會(huì)發(fā)生界面反應(yīng)，并且在邊緣面會(huì)逐漸生長(zhǎng)出一層較薄的Al2O3薄膜以阻止界面反應(yīng)和CEI的進(jìn)一步形成。

2.?電學(xué)和力學(xué)性能的測(cè)量

層狀LiCoO2由于具有較高的容量和良好的穩(wěn)定性，是鋰離子電池LIBs正極材料中應(yīng)用最廣泛、商業(yè)化程度最高的一種。利用AFM?LiCoO2正極在不同荷電狀態(tài)下的力學(xué)性質(zhì)、電學(xué)性質(zhì)及形貌演化規(guī)律進(jìn)行研究，有助于深入理解LiCoO2正極內(nèi)部的鋰離子擴(kuò)散及電極老化機(jī)制。

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美國(guó)密歇根理工大學(xué)YReza Shahbazian-Yassar團(tuán)隊(duì)利用導(dǎo)電AFM的隧穿電流模式（TUNA）研究了恒電場(chǎng)下局部壓力對(duì)商用層狀LiCoO2鋰離子再分布的影響。

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（DOI：10.1021/acsami.6b07491）

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研究結(jié)果表明電極表面的壓力會(huì)促進(jìn)鋰離子在LiCoO2層中的再分布：向LiCoO2表面局部施壓能夠增強(qiáng)該區(qū)域的導(dǎo)電性，輸出電流增大；停止施壓則輸出電流減小。

韓國(guó)嘉泉大學(xué)Sanghun Lee團(tuán)隊(duì)利用導(dǎo)電AFM研究了LiCoO2粉體的電導(dǎo)率，結(jié)果顯示后熱處理法制備的LiCoO2表面包覆的尖晶石型LixCO2O4，能夠增強(qiáng)LiCoO2的導(dǎo)電性。

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（DOI：10.1021/acs.chemmater.5b00159）

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近期，萬(wàn)立駿、郭玉國(guó)等在JACS發(fā)表的一篇文章中，將優(yōu)質(zhì)的離子導(dǎo)體緩沖層 Li1.4Al0.4Ti1.6(PO4)3 修飾到LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2 上，利用AFM界面電勢(shì)分析功能研究了修飾后正極的優(yōu)異動(dòng)力學(xué)的形成機(jī)理，揭示了界面緩沖層對(duì)電勢(shì)分布和極化的影響（下圖）。

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（DOI：10.1021/jacs.8b03319）

AFM 界面電勢(shì)測(cè)量結(jié)果證實(shí)緩沖層帶來(lái)的電勢(shì)梯度降落，有效地緩解了極化，抑制了副反應(yīng)，這說(shuō)明這種修飾能夠提高循環(huán)穩(wěn)定性及 力學(xué)性能。

目前基于AFM已開發(fā)出了許多用于研究定量納米力學(xué)性質(zhì)、電學(xué)性質(zhì)、電化學(xué)性質(zhì)的模式，如PFQNM、EFM、SRRM、KPFM 等，這些模式也被廣泛用在了鋰離子電池LIBs 正極材料的研究中。?

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Bharat Bhushan團(tuán)隊(duì)利用AFM 的SSRM 模式和KPM 模 式對(duì)LiFePO4 正極在充放電過(guò)程中表面的電阻變化 和表面電勢(shì)變化進(jìn)行了半定量研究，結(jié)果表明由于 物理變化（如納米粒子的粗化）和化學(xué)反應(yīng)（正極 表面形成納米晶沉積）的共同作用，LiFePO4 正極 表面電阻會(huì)隨循環(huán)次數(shù)的增加而增加。（DOI：10.1016/j.scriptamat.2009.01.033）

加拿大麥吉爾大學(xué)Aaron Mascaro課題組證明了基于AFM的EFM，可以用于檢測(cè) LiFePO4上具有高空間分辨率的局域離子輸運(yùn)特性（下圖）。

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（DOI：10.1021/acs.nanolett.7b01857）

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北京航空航天大學(xué)商廣義團(tuán)隊(duì)利用原位AFM的AM-FM和KPFM模式研究了LiCoO2的形貌、硬度和表面電勢(shì)分布，發(fā)現(xiàn)LiCoO2中的鋰含量隨著循環(huán)次數(shù)的增加而減少，使接觸硬度下降的速率越來(lái)越快。

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（DOI:10.1038/s41598-017-11623-0）

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同時(shí)，在不可逆的嵌鋰/脫鋰過(guò)程中LiCoO2正極會(huì)形成CEI膜，使LiCoO2正極表面電勢(shì)下降。這兩點(diǎn)共同構(gòu)成了LiCoO2正極在充放電循環(huán)過(guò)程中發(fā)生容量衰減的原因。

自AFM技術(shù)出現(xiàn)以來(lái)，已被廣泛地應(yīng)用于鋰離子電池LIBs的分析研究中，其低破壞性地檢測(cè)納米尺度上形貌和性能演變的能力，有助于更深入地認(rèn)識(shí)鋰離子電池LIBs 正負(fù)極材料、SEI膜的結(jié)構(gòu)及相關(guān)性能，為鋰離子電池LIBs的開發(fā)和研究奠定了穩(wěn)固的基礎(chǔ)，進(jìn)一步推動(dòng)了鋰離子電池的發(fā)展。

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本文從形貌、力學(xué)性能和電化學(xué)性能等方面綜述了AFM在正負(fù)極材料、SEI膜研究中的應(yīng)用及研究進(jìn)展。這些研究表明，AFM在鋰離子電池的研究應(yīng)用中仍有很大的發(fā)展空間。此外大量的研究發(fā)現(xiàn)， AFM的力學(xué)測(cè)量較其它原位表征技術(shù)有很大的優(yōu)勢(shì)，該方法在觀察不同電池運(yùn)行條件下相間和電極的力學(xué)和結(jié)構(gòu)演化方面具有很大的潛力。最后，與其它檢測(cè)技術(shù)聯(lián)用、研發(fā)更多的掃描模式為AFM的應(yīng)用開辟了新的前景。

（來(lái)源：高翔, 朱紫瑞. 原子力顯微鏡在鋰離子電池研究中的應(yīng)用）