導(dǎo)讀：X射線衍射(XRD)技術(shù)廣泛應(yīng)用于鋰離子電池研究、生產(chǎn)和失效分析中。從原料礦物到電極材料，XRD是對(duì)材料中物相進(jìn)行定性和定量分析的常規(guī)手段。關(guān)于負(fù)極材料石墨，影響電池性能的重要參數(shù)石墨化度要用XRD進(jìn)行表征；同時(shí)，XRD還可以通過對(duì)鋰離子電池生產(chǎn)中的負(fù)極取向程度的分析，來決定極片壓實(shí)工藝。

原位充放電衍射實(shí)驗(yàn)可以直接研究紐扣結(jié)構(gòu)鋰離子電池材料在充放電過程中正負(fù)極材料的結(jié)構(gòu)變化和相轉(zhuǎn)化。此外，使用硬射線XRD對(duì)軟包電池進(jìn)行原位充放電實(shí)驗(yàn)，從而對(duì)全電池進(jìn)行失效分析。

正文

一、負(fù)極材料的石墨化度分析及克容量估算

碳材料是目前鋰離子電池最理想的負(fù)極材料。碳材料的種類決定著鋰離子電池的嵌鋰電位、工作電壓可逆性能等。而克容量是衡量碳材料的一個(gè)重要指標(biāo)，但是測(cè)試克容量一般是做成電池測(cè)試，要花費(fèi)不少時(shí)間，測(cè)試值穩(wěn)定性也比較差。石墨化度是指在含有石墨晶體及各種過渡態(tài)碳的復(fù)合材料中，石墨晶體所占的比例。理論上可以憑借石墨化度來估算碳材料的克容量。

▲硅內(nèi)標(biāo)法X射線衍射是測(cè)量石墨化度的標(biāo)準(zhǔn)方法

二、三元正極材料表征

鋰離子電池的比容量、循環(huán)性能和安全性能與材料的晶體結(jié)構(gòu)有密切關(guān)系，研究三元材料在不同溫度狀態(tài)下的穩(wěn)定性及在電化學(xué)循環(huán)過程中結(jié)構(gòu)變化，有助于更好理解三元材料充放電機(jī)理和電化學(xué)過程。

X射線衍射儀是專門用于分析材料晶體結(jié)構(gòu)的設(shè)備，能夠通過精修得到三元材料的晶胞參數(shù)和離子混排信息，在三元材料制備工藝和材料摻雜改性方面以及三元材料的原位高溫?zé)嵝阅艿确矫鎻V泛應(yīng)用。

三、電芯失效分析

鋰離子電池在使用過程中，經(jīng)常由于過充、過放、短路、高溫等原因造成電芯壽命減少，甚至失效。因此應(yīng)用XRD技術(shù)來進(jìn)行鋰離子電池的熱失效分析，如從燃燒的殘留物進(jìn)行XRD分析，初步判斷失效原因。

馬爾文帕納科獨(dú)有的高性能硬射線探測(cè)技術(shù)(100%工作效率的GaliplX3D矩陣探測(cè)器)可在Empyrean衍射平臺(tái)上使用硬射線XRD對(duì)軟包結(jié)構(gòu)鋰離子電池和商用成品鋰離子電池進(jìn)行原位充放電衍射實(shí)驗(yàn)，從而為全電池結(jié)構(gòu)的失效分析和工藝控制供應(yīng)了新的重要的無損分析手段。

四、結(jié)語

XRD技術(shù)在鋰離子電池正負(fù)極材料及其充放電過程中的結(jié)構(gòu)變化和相轉(zhuǎn)化以及鋰離子電池的熱失效分析等方面已有廣泛應(yīng)用。利用XRD計(jì)算不同石墨材料的石墨化度，從而估算克容量。采用原位XRD研究NCM在不同電壓下的相變以及根據(jù)晶胞參數(shù)評(píng)估不同正極材料的安全性能。同時(shí)，從燃燒的殘留物進(jìn)行XRD分析，集合一些模擬實(shí)驗(yàn)，初步判斷失效原因是由于過充、過放或者過熱、內(nèi)短路等因素引起的。

X射線衍射(XRD)技術(shù)在鋰離子電池領(lǐng)域的應(yīng)用