X射线衍射仪在锂离子电池三元正极材料表征中的应用凡培红.pdfVIP

FOCUS 关 注 X射线衍射仪在锂离子电池 三元正极材料表征中的应用 ■ 文/凡培红   陈彦彬   刘亚飞   景  燕    1.北京矿冶研究总院    2.北京当升材料科技股份有限公司 近年来，国内多省市持续遭遇严 首选材料。 的稳定性，因此通常只能在小电流下使 重雾霾污染，引起了社会公众对于环境 锂离子电池的比容量、循环性能和 用，导致信号分辨率低，不利于对微观 空气质量的强烈关注。PM2.5是构成雾 安全性能与材料的晶体结构有密切关 晶体结构的准确表征。近年来，随着新 霾的主要成分，其中燃油机动车贡献率 系，研究三元材料在不同温度状态下的 一代“转靶”技术的应用，电子束轰击旋 在20%～30%之间，而推广零排放的新 稳定性及在电化学循环过程中结构变 转靶材的不同部位，有利于热量的快速 能源汽车是有效解决雾霾问题的途径 化，有助于更好理解三元材料充放电机 散失，X射线发生器的发热问题得到了 之一。2015年5月，国务院印发《中国制 理和电化学过程，对于优化产品方案和 明显改善，提升了X射线的可发生电流 造2025》，将“节能与新能源汽车”列为 开发高性能的三元材料具有十分重要 和电压，从而进一步增强了信号分辨 10大重点突破领域之一，新能源汽车获 的意义。 率，提高了定量分析的准确性和可靠 得了前所未有的发展机遇。作为新能源 X射 线 衍 射 仪（X-Ray 性，使得XRD在锂离子电池领域的应 汽车的“心脏”，锂离子电池的性能直接 Diffraction，以下简称“XRD”）是专门用 用日趋成熟。 决定其续航能力、使用寿命、安全性和 于分析材料晶体结构的设备，能够通过 本文详细介绍了XRD在三元材 可靠性。众所周知，锂离子电池是由正 精修得到三元材料的晶胞参数和离子 料制备工艺和材料掺杂改性方面的应 极、隔膜、负极和电解液构成，其中正极 混排信息，在锂离子电池领域获得了广 用，同时也阐述了其在三元材料的原位 材料是关键核心材料。正极材料中的镍 泛应用。XRD装置的射线发生原理是 高温热性能、材料的电池充放电机理等 钴锰酸锂三元材料（以下简称“三元材 钨灯丝发出电子束轰击金属靶，99.9% 研究中的应用。 料”）结合了镍酸锂（LiNiO2）的高比容 能量以热量形式散失，仅0.1%转化成X 量、钴酸锂（LiCoO2）的高倍率、锰酸锂 射线，此过程产生大量的热。传统XRD 一、XRD 在三元材料制备和掺 （LiMn 设备的热量聚集在靶材固定位置上，热 O ）的高安全性和低成本等特 杂中的应用 2 4 点，已经成为高续航里程新能源汽车的 量无法及时散失，严重影响发生X射线 利用XRD可得到材料衍射谱 新材料产业 NO.09 2016 41 关 注 FOCUS 图，拟合精修得到材料的晶型、晶 胞参数和各相含量等信息。三元材 ) 3 0 料LiMO2(M=Ni，Co，Mn)晶体结构 0