鉅大LARGE | 點擊量：733次 | 2019年03月20日
8大數(shù)據(jù)決定鋰電池正極材料質量
正極材料的每一次小小的進步，都能給鋰離子電池的性能帶來巨大的提升，當然，也會給材料加工帶來一定的難度。作為鋰離子的提供者——正極材料，其種類也是很多的，從磷酸鐵鋰、錳酸鋰、鈷酸鋰、到鎳鈷錳三元材料，從低鎳含量的三元材料到高鎳含量的三元材料，從NCM到NCA、從常規(guī)的材料到高電壓的材料、從一次顆粒團聚形成的二次顆粒到大單晶顆粒、從元素分布均一的材料到核殼結構、梯度包覆摻雜的材料……正極材料的每一次小小的進步，都能給鋰離子電池的性能帶來巨大的提升，當然，也會給材料加工帶來一定的難度。本系列將從正極材料的相關檢測方法入手，從理論結合實際，帶大家初步的了解相關材料的檢測方法。今天將對正極材料的檢測方法做一個初步的介紹。1、EDS：全稱為EnergyDispersiveSpectrometer，能譜分析其原理為入射電子使內層電極激發(fā)而產(chǎn)生特征X射線，當檢測探頭接受X射線信號時，將此射線信號轉變成電脈沖信號，經(jīng)放大器放大后通過多道脈沖分析器將脈沖信號編入不同的頻道，最后在熒光屏上顯示譜線，并進行定性和定量的分析。
通過對三元材料進行EDS分析，就可以得出三種元素的質量比，從而判斷出材料的種類。此外，EDS技術也可以進行元素的面分布分析，用掃描觀察裝置，使電子束在試樣上做二維掃描，測量其特征X射線的強度，使與這個強度對應的亮度變化與掃描信號同步在陰極射線管CRT上顯示出來，就得到特征X射線強度的二維分布的像，現(xiàn)在在材料的摻雜、包覆均一性的研究上得到了廣泛的應用。
從上圖中可以看出，通過對不同元素面分布進行分析，可以看出元素的分布狀況，這對于材料的制備來說具有很強的指導意義。除此以外，還有XRF（X射線熒光光譜儀），EDX（指的是能量散射型X射線熒光光譜儀，也有人叫EDXRF），所分析的結果也是大同小異，在此不再贅述。2.水分測試：材料中的含水量也是電池制造企業(yè)所關注的一個重要指標，關乎著烘干時間的長短以及相關參數(shù)的設置，現(xiàn)在普遍都用卡爾費休法進行測試。其原理是儀器的電解池中的卡氏試劑達到平衡時注入含水的樣品，水參與碘、二氧化硫的氧化還原反應，在吡啶和甲醇存在的情況下，生成氫碘酸吡啶和甲基硫酸吡啶，消耗了的碘在陽極電解產(chǎn)生，從而使氧化還原反應不斷進行，直至水分全部耗盡為止，依據(jù)法拉第電解定律，電解產(chǎn)生碘是同電解時耗用的電量成正比例關系的，其反應如下：
反應完畢后多余的游離碘呈現(xiàn)紅棕色，即可確定為到達終點。
3.pH值測試：一般是取少量粉末在去離子水中攪拌一段時間，過濾后測試pH值即可；4.殘堿含量測試：如果三元材料的堿性過高，再加工過程中就會帶來一定的難度，所以必須控制材料的殘堿含量，一般都是采用滴定法進行檢驗，檢驗的物質一般是氫氧化鋰和碳酸鋰，將少量粉末與去離子水混合攪拌一段時間后過濾，然后進行滴定即可，方法簡便易行。5.原子吸收分光光度計（AAS）：根據(jù)物質基態(tài)原子蒸汽對特征輻射吸收的作用來進行金屬元素分析，它能夠靈敏可靠地測定微量或痕量元素?？梢詫κ褂们昂蟮匿囯x子電池正極材料進行分析，確定各個元素的含量，分析元素含量以及金屬溶出等等。也可通過ICP-AES方法進行檢測，在負極的相關知識介紹中已經(jīng)表述過，在此不再詳細描述了。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
6.熱分析：1）熱重分析（TGA）：TGA是在程序控制溫度下，測量樣品的質量隨溫度或時間變化而變化的技術，利用此技術可以研究諸如揮發(fā)或降解等伴隨有質量變化的過程。如果采用TGA-MS或TGA-FTIR的聯(lián)用技術，還可以對揮發(fā)出的氣體進行分析，從而得到更加全面和準確的信息。
2）差示掃描量熱法（differenTIalscanningcalorimetry，DSC），一種熱分析法：在程序控制溫度下，測量輸入到試樣和參比物的功率差溫度的關系。差示掃描量熱儀記錄到的曲線稱DSC曲線，它以樣品吸熱或放熱的速率，即熱流率dH/dt（單位毫焦/秒）為縱坐標，以溫度T或時間t為橫坐標，可以測定多種熱力學和動力學參數(shù)，例如比熱容、反應熱、轉變熱、相圖、反應速率、結晶速率、高聚物結晶度、樣品純度等。
3）差熱分析法（DTA）：是以某種在一定實驗溫度下不發(fā)生任何化學反應和物理變化的穩(wěn)定物質（參比物）與等量的未知物在相同環(huán)境中等速變溫的情況下相比較，未知物的任何化學和物理上的變化，與和它處于同一環(huán)境中的標準物的溫度相比較，都要出現(xiàn)暫時的增高或降低。降低表現(xiàn)為吸熱反應，增高表現(xiàn)為放熱反應。
在實際使用過程中，幾種方法往往需要共同使用去檢測一個材料的熱穩(wěn)定性能。7.原位測量技術：隨著科技的發(fā)展，人們開始不滿足于只得到材料的最終性能，于是開始探究材料隨著溫度、電流、時間等參數(shù)變化時的結構變化，這就促進了原位技術的發(fā)展，這項技術可以更好的看出材料的演變過程以及失效過程，從而促進材料本身的發(fā)展和性能的提升。1）原位X射線顯微鏡技術：
原位X射線熒光譜技術可以得到較輕元素的分布情況及價態(tài)信息。原位X射線顯微技術可以對電極材料進行無損顯微成像，并同時得到特定元素的分布及價態(tài)信息。優(yōu)勢在于它們在進行成像的同時，能夠采集到微區(qū)的譜學信號（Nat.Commun.，6，6883（2015））。
在不同的電流下檢測材料本身的相變，從而給電池的實際使用帶來一定的指導意義。（AdvancedEnergyMaterials1600597（2016））2）原位X射線吸收譜：可以檢測原材料的每個元素在充放電過程中的價態(tài)變化，對實際使用也是具有指導意義的。
當然，原位技術不僅僅局限于此，各種電鏡、探針原位技術也得到了廣泛應用，相關文獻報道也比較多，在此就不在多余介紹了。8.材料的電性能測試：這個對于廣大鋰電同仁來說再熟悉不過了，容量、倍率、高低溫、循環(huán)、功率、安全等缺一不可，各大企業(yè)也有自己的測試標準和測試方法，這里也不做過多介紹。小結：本文主要介紹了正極材料的一些表征手段，需要說明的是，材料的性能是通過綜合的測試指標綜合分析而來，并不能通過單一的指標去判斷一個材料的好壞，相信隨著科技的發(fā)展，越來越多的先進表征手段也會走出科研機構，走進鋰電企業(yè)，對于材料本身的認識也會逐漸加深。
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