X射線衍射(XRD)在鋰電行業(yè)中的應(yīng)用

鋰電池已經(jīng)成為我們?nèi)粘Ｉ畹谋匦杵贰ｄ囯姵氐氖褂梅秶謴V泛，在消費(fèi)品領(lǐng)域主要應(yīng)用在數(shù)碼產(chǎn)品、手機(jī)、移動(dòng)電源、筆記本等電子設(shè)備中。在工業(yè)領(lǐng)域，主要在應(yīng)用在醫(yī)療電子、光伏儲(chǔ)能、鐵路基建、安防通訊、勘探測(cè)繪等領(lǐng)域。在特種領(lǐng)域如特種航天中也會(huì)應(yīng)用到。

近年來，鋰電池在下游消費(fèi)品領(lǐng)域發(fā)展迅速，其中筆記本和手機(jī)是鋰電池應(yīng)用中較為廣泛的兩大應(yīng)用領(lǐng)域。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，隨著國家對(duì)新能源產(chǎn)業(yè)的扶持，電動(dòng)汽車的動(dòng)力電池應(yīng)用將逐漸成為鋰電池的超大需求產(chǎn)業(yè)之一。

隨著我國智能化、信息化產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，我國鋰電池應(yīng)用領(lǐng)域也得到擴(kuò)展。在國家政策的驅(qū)動(dòng)下，新能源汽車有著廣闊的發(fā)展前景，而作為核心部件的鋰電池同樣迎來發(fā)展的大好良機(jī)。

高質(zhì)量的、優(yōu)秀的、安全的鋰電池產(chǎn)品對(duì)各行各業(yè)的影響都十分巨大，目前各大鋰電生產(chǎn)企業(yè)均投入大量的資金進(jìn)入研發(fā)，以期實(shí)現(xiàn)更高能量密度，穩(wěn)定性更強(qiáng)，壽命時(shí)間更長(zhǎng)的電池。

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。對(duì)于負(fù)極材料石墨，影響電池性能的重要參數(shù)石墨化度需要用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。XRD在鋰電行業(yè)研發(fā)及質(zhì)量控制中主要有以下幾方面：

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，需要花費(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。通過XRD可以測(cè)得石墨晶體所占比例，從而計(jì)算出碳材料的克容量。

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。

XRD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。原位充放電XRD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。

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。

意大利GNR公司是一家老牌歐洲光譜儀生產(chǎn)商，其X射線產(chǎn)品線誕生于1966年，經(jīng)過半個(gè)多世紀(jì)的技術(shù)開發(fā)和研究，該產(chǎn)品線已經(jīng)擁有眾多型號(hào)滿足多個(gè)行業(yè)的分析需求。

可用于桌面的臺(tái)式衍射儀ERUOPE、性價(jià)比高的大功率衍射儀APD 2000 PRO、功能強(qiáng)大的多功能高分辨率X射線衍射儀EXPLORER。根據(jù)實(shí)際檢測(cè)項(xiàng)目不同，均可應(yīng)用于鋰電行的研發(fā)生產(chǎn)及質(zhì)量控制中。