测试e文通丨三元锂电池材料

导读：锂离子电池近几年发展迅速，其凭借自身高能量密度、良好的倍率性能和循环性能成为电动汽车的主要动力源，在新能源中占有很重要的一席之地，也为全球能源和环境问题提出了一条新的发展道路。镍钴锰酸锂（LiNixCoyMnzO2）三元电池正极材料是目前正在开发的能量密度最高的正极材料之一，性能优势显著，是未来车载动力电池正极材料最重要的发展方向之一。

图1 电动汽车与动力电池

——三元锂电池材料是什么——

三元锂电池通常是指以镍钴锰酸锂（LiNixCoyMnzO2）者镍钴铝酸锂为正极材料的锂电池，镍钴锰三元正极材料结合了 LiNiO2、LiCoO2、LiMn2O4 的特性，相比于钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂和镍锰酸锂等材料具有具有能量密度高、循环稳定性好、成本低等优点，目前在新能源汽车动力电池应用中已崭露头角，被认为是未来最有发展前景的正极材料之一。

——三元锂电池材料测试项目——

材料的性能决定着材料的用途，也决定着产品的性能质量。材料的研究离不开材料的测试，三元锂电池材料需要哪些测试项目呢？让我们一起来看看。

表1 三元锂电池材料常用的测试项目和方法/仪器

——材料的具体测试方法——

1 形貌表征

1.1 扫描电子显微镜（SEM）

扫描电子显微镜(Scanning electron microscope，SEM)作为一种常用的可成像的电子显微镜，常用来研究材料的微观组织、形貌和成分。它是依据电子与被测物质之间的相互作用来工作的。高能电子束轰击材料样品表面时，样品表面会产生背散射电子、二次电子、俄歇电子、可见荧光、特征 X 射线和连续 X 射线、透射电子以及在可见、紫外、红外光区域产生的电磁辐射等，通过这些信号，可以获得被测物质的微观组织、形貌、化学组成、晶体结构和内部电场或磁场等信息。扫描电子显微镜将这些检测到的信号输送到显现管上，在屏幕中即可显示出 SEM 图片。扫描电镜结合 X 射线能谱仪（EDS），还可以对样品的化学成分进行分析。

图2 三元锂电池材料的扫描电镜图（样图）[1]

1.2 透射电子显微镜（TEM）

透射电子显微镜(Transmission Electron Microscopy, TEM)是一种用电子束作光源，把经加速和聚集的电子束投射到非常薄（一般使用超薄切片机制作）的样品上，入射电子与样品材料中的原子碰撞而改变方向，从而产生立体角散射。散射角的大小与样品的密度、厚度相关，因此可以形成明暗不同的影像，影像将在放大、聚焦后在成像器件（如荧光屏、胶片、以及感光耦合组件）上显示出来。即TEM 图像。透射电镜用于分析样品中颗粒大小，颗粒整体的分布情况等。

图3 三元锂电池材料的透射电镜图（样图）[2]

2 结构分析

2.1 X射线衍射分析（XRD）

X 射线衍射(X-ray diffraction，XRD)常用来定性或定量分析材料的晶体结构、晶胞参数、物相含量和内应力等。其原理是用高能电子束轰击金属钯，产生 X 射线或者因为其带有钯中元素相对应的特定波长的特征 X 射线。之后利用特征 X 射线从不同的角度照射一定厚度的样品，经过衍射过程产生不同波长的射线，在收集器上收集并且显示出数据，最后分析处理数据就能得到样品的一些特性。是目前用来测定晶体结构普遍采用的手段。

图4 三元锂电池材料的X射线衍射分析图谱（样图）[1]

2.2红外光谱分析（FT-IR）

红外光谱（FT-IR）可以反映分子内部进行的物理过程和分子结构方面的特征，红外吸收光谱特点是各吸收峰主要由各分子和各基团的振动形式来体现。从光谱学的角度来看，红外光谱与结构的一一对应，可以通过积累化合物的大量红外光谱数据，进一步分析和总结出各种基团的特征吸收规律，从而能够借助红外光谱推断出未知物的结构。红外光谱测定(FT-IR)范围非常广，定性分析材料表面的官能团，许多材料都用红外光谱进行表征。

文章来源：《功能材料与器件学报》 网址: http://www.gnclyqjxb.cn/zonghexinwen/2021/0409/676.html