X射线衍射(XRD)技术在锂电池范畴的使用

导读：X射线衍射(XRD)技术广泛使用于锂电池研究、加工和失效分解中。从原料矿物到电极材料，XRD是对材料中物相进行定性和定量分解的常规手段。关于负极材料石墨，影响电池性能的紧要参数石墨化度要用XRD进行表征；同时，XRD还可以通过对锂电池加工中的负极取向程度的分解，来决定极片压实工艺。

原位充放电衍射试验可以笔直研究纽扣结构锂电池材料在充放电过程中正负极材料的结构变化和相转化。此外，使用硬射线XRD对软包电池进行原位充放电试验，从而对全电池进行失效分解。

正文

一、负极材料的石墨化度分解及克容量估算

碳材料是目前锂电池最理想的负极材料。碳材料的种类决定着锂电池的嵌锂电位、工作电压可逆性能等。而克容量是掂量碳材料的一个紧要指标，但是探测克容量一般是做成电池探测，要花费不少时间，探测值稳定性也比较差。石墨化度是指在含有石墨晶体及各种过渡态碳的复合材料中，石墨晶体所占的比例。理论上可以凭借石墨化度来估算碳材料的克容量。

▲硅内标法X射线衍射是测量石墨化度的标准办法

二、三元正极材料表征

锂电池的比容量、循环性能和安全性能与材料的晶体结构有密切关系，研究三元材料在不同温度状态下的稳定性及在电化学循环过程中结构变化，有助于更好理解三元材料充放电机理和电化学过程。

X射线衍射仪是专门用于分解材料晶体结构的设备，能够通过精修得到三元材料的晶胞参数和离子混排信息，在三元材料制备工艺和材料掺杂改性方面以及三元材料的原位高温热性能等方面广泛使用。

三、电芯失效分解

锂电池在使用过程中，常常由于过充、过放、短路、高温等原由造成电芯寿命减少，甚至失效。因此使用XRD技术来进行锂电池的热失效分解，如从燃烧的残留物进行XRD分解，初步判断失效原由。

马尔文帕纳科独有的高性能硬射线检测技术(100%工作效率的GaliplX3D矩阵检测器)可在Empyrean衍射平台上使用硬射线XRD对软包结构锂电池和商用成品锂电池进行原位充放电衍射试验，从而为全电池结构的失效分解和工艺控制供应了新的紧要的无损分解手段。

四、结语

XRD技术在锂电池正负极材料及其充放电过程中的结构变化和相转化以及锂电池的热失效分解等方面已有广泛使用。利用XRD计算不同石墨材料的石墨化度，从而估算克容量。采用原位XRD研究NCM在不同电压下的相变以及依据晶胞参数评估不同正极材料的安全性能。同时，从燃烧的残留物进行XRD分解，集合一些模拟试验，初步判断失效原由是由于过充、过放或者过热、内短路等因素引起的。

X射线衍射(XRD)技术在锂电池范畴的使用

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