扫描电镜是介于透射电镜和光学显微镜之间的一种微观性貌观察手段，可直接利用样品表面材料的物质性能进行微观成像，在电池制备的过程中发挥着重要作用。
锂离子电池作为一种二次电池，因具有较高的比能量密度，被广泛用于移动设备、动力交通和能量储存设备。磷酸铁锂及锰酸锂是锂离子电池正极的主要材料，直接决定着锂离子电池产品的性能指标，因此，掌握其微观形态及反应变化对锂离子电池的研究具有重要意义[1]。本期文章将利用扫描电镜从磷酸铁锂及锰酸锂的应用进行综述和探讨。
磷酸铁锂（LiFePO4，LFP）
LiFePO4正极材料为橄榄石结构，属于正交晶系，空间群是pnma，单位细胞参数a=1.033 nm、b=0.6008 nm、c=0.4693 nm。由图可以看出，LiFePO4单元中O原子堆成六边形结构，P和Li/Fe分别占据四面体和八面体位置，形成PO4四面体，FeO6和LiO6八面体。由于其具有强的P-O共价键形成的离域三维立体化学键使得材料具有较强的动力学和热力学性能，直接表现为LiFePO4电池安全性高、循环寿命长的特点。
在充放电过程中，磷酸铁锂作为正极材料是处于FePO4/LiFePO4两相共存的状态，充电时，锂离子从LiFePO4中脱出，直到材料转变为FePO4，放电时，锂离子逐渐嵌入FePO4，直至材料转变为LiFePO4。当Li+从LiFePO4的晶格中发生脱嵌时，LiFePO4的晶格会相应地产生膨胀和收缩，但其晶格中八面体之间的FePO4四面体使体积变化受限，导致Li+的扩散速率很低。另一方面，根据LiFePO4电化学反应过程中两相反应机理，LiFePO4和FePO4两相并存，因此Li+的扩散和电荷补偿要经过两相界面，这更增加了扩散的困难。因此粒子的半径大小必然对电极容量有很大的影响。粒子半径越大，Li+的扩散路程越长，Li+的嵌入脱出就越困难，LiFePO4的容量发挥就愈受限制。因此，能否有效控制LiFePO4的粒子大小是改善其电化学性能的关键。
利用下方扫描电子显微镜放大图，可以直观地观察到磷酸铁锂颗粒的粒径大小及其粒径分布，颗粒团聚情况，晶粒生长完整性以及晶面光滑度。对于一些包覆的磷酸铁锂，扫描电镜可以很好地看出包覆层是否有效控制了晶粒的长大团聚，是否保持颗粒的均匀性和纳米化。还可以观察包覆微球的孔隙分布情况，包覆层的多孔结构有利于电解液的渗入，增加电解液与一次颗粒接触面积，缩短锂离子扩散路径，从而获得良好的电化学性能。
锰酸锂（LiMnO2，LMO）
锰酸锂可以细分为层状结构和尖晶石结构，而这两种结构的锰酸锂具备较强的安全性、容错性，价格也较为低廉，因此被认为是当前使用最为广泛的锂离子电池正极材料[2]。
如图所示，尖晶石结构中具有立体的离子通道，有利于锂离子快速嵌入与脱出，而且由于每一层都有锰离子 ，锂离子从晶格结构中脱出时不会造成结构变化，材料的结构稳定性较好。虽然 LiMn204的理论比容量高达 148mAh／g，但在高温环境下进行充放电循环时会由于 Jahn．Teller效应 和 Mn2+溶于电解液而出现严重的容量衰减[3]。而层状结构的锰酸锂同时拥有与尖晶石结构的锰酸锂相同的特点且容量较大，因此层状结构的锰酸锂发展十分迅速。
[1]蒋兵.锂离子电池正极材料的发展现状和研究进展[J].湖南有色金属， 2011， 27(1):4.
[2]杨克勇，艾琳，江名喜，等.动力锂离子电池正极材料研究进展[J].军民两用技术与产品，2017(24):137.
[3]王亚平，胡淑婉，曹峰.锂离子电池正极材料研究进展[J].电源技术，2017，41(4):638-640.
