鋰離子電池正*材料的粒度、形貌、比表面積、振實(shí)密度、結(jié)構(gòu)、成分等理化性能和電化學(xué)性能對(duì)鋰離子電池正*材料的應(yīng)用有著重要的影響。準(zhǔn)確分析測(cè)定這些性能參數(shù)對(duì)鋰離子電池正*材料研發(fā)者和使用者都有著重要的意義。今天咱們就一起聊一聊鋰離子電池正*材料性能分析方法和標(biāo)準(zhǔn)。

　　理化性能分析方法

　　鋰離子電池正*材料需要分析的理化性能主要包括粒度、形貌、比表面積、振實(shí)密度、結(jié)構(gòu)和成分。

　?。?、鋰離子電池正*材料粒度分析

　　鋰離子電池正*材料的粒度及粒度分布對(duì)電池的安全性能和*片的壓實(shí)密度有較大影響，同時(shí)也對(duì)電池材料的電性能有影響。粒度分析方法主要有沉降法、篩分法、庫爾特法、電鏡統(tǒng)計(jì)觀察法、電超聲粒度分析法、激光衍射法、動(dòng)態(tài)光散射法。鋰離子電池正*材料的粒度分析應(yīng)用*多的是激光散射法，測(cè)試步驟主要參考標(biāo)準(zhǔn)GB/T19077-2016。

　　激光散射法的原理是：顆粒樣品以合適的濃度分散于適宜的液體或氣體中，使其通過單色光束，當(dāng)光遇到顆粒后以不同角度散射，由多元探測(cè)器測(cè)量散射光。通過適當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)模型和數(shù)學(xué)過程，轉(zhuǎn)換這些量化的散射數(shù)據(jù)，得到一系列離散的粒徑段上的顆粒體積相對(duì)于顆?？傮w積的百分比，從而得出顆粒粒度體積分布。原理示意圖如圖1。

　　激光散射法操作簡單、測(cè)試快捷、適應(yīng)廣泛，重復(fù)性好。用激光散射法測(cè)量鋰離子電池正*材料的粒度及粒度分布時(shí)，要確定好正*材料的折射率和吸收率，否則測(cè)量會(huì)出現(xiàn)誤差。朱果等采用激光散射法原理的激光粒度儀對(duì)鈷酸鋰正*材料的粒度進(jìn)行了測(cè)試，分析表明測(cè)試數(shù)據(jù)誤差較小，重現(xiàn)性好。

　?。病囯x子電池正*材料形貌分析

　　材料的形貌分析*常用的手段是掃描電子顯微鏡(SEM)和透射電子顯微鏡(TEM)。有時(shí)根據(jù)材料形貌的特殊要求，也用到掃描隧道顯微鏡(STM)和原子力顯微鏡(AFM)。

　　鋰離子電池正*材料的形貌分析主要用到的是掃描電子顯微鏡和透射電子顯微鏡。SEM一般只能提供鋰離子電池正*材料微米或亞微米的形貌信息。TEM分辨率更高，可以達(dá)到0.1nm～0.2nm，除了對(duì)樣品進(jìn)行形貌分析，還可以分析樣品的晶體結(jié)構(gòu)。

　?。?、鋰離子電池正*材料比表面積分析

　　鋰離子電池正*材料的比表面積與材料的加工性能有關(guān)。因此比表面積分析也是鋰離子電池正*材料理化性能分析中重要的一項(xiàng)。鋰離子電池正*材料比表面積分析方法主要采BET法。BET法的原理是：將試樣放入盛樣器，然后置于液氮中，此條件下，試樣表面將發(fā)生物理吸附。用壓力計(jì)測(cè)量吸附達(dá)到平衡時(shí)的平衡吸附壓力，容量法或色譜法測(cè)量樣品吸附的氣體量。*后將平衡吸附壓力和吸附的氣體體積帶入BET方程式，計(jì)算求出試樣的比表面積。BET測(cè)試方法和步驟參考GB/T13390-2008。

　　４、鋰離子電池正*材料振實(shí)密度分析

　　鋰離子電池正*材料的振實(shí)密度關(guān)系到電池制作過程中的壓實(shí)密度，是材料能量密度的考核指標(biāo)之一。鋰離子電池正*材料的振實(shí)密度分析主要采用振動(dòng)法，原理是：稱取一定量的樣品置于玻璃量筒中，通過振動(dòng)裝置使量筒里的粉末逐漸被振實(shí)，直至粉末的體積讀數(shù)不再變化，記錄此時(shí)的體積數(shù)。將先前稱取粉末的質(zhì)量數(shù)除以記錄的體積數(shù)，就得到樣品的振實(shí)密度。振實(shí)密度測(cè)試方法和步驟參考GB/T5162-2006。

　?。?、鋰離子電池正*材料結(jié)構(gòu)分析

　　鋰離子電池正*材料的結(jié)構(gòu)決定了鋰離子脫嵌路徑方式的不同，對(duì)鋰離子電池的電化學(xué)性能等產(chǎn)生明顯影響。鋰離子電池正*材料結(jié)構(gòu)分析方法有X射線衍射(XRD)法、紅外光譜法、拉曼光譜法等。Ｘ射線衍射法是*常用的結(jié)構(gòu)分析方法。利用XRD可以對(duì)材料進(jìn)行物相定性分析、物相定量分析以及測(cè)定材料的結(jié)晶度。

　　紅外光譜屬于分子振動(dòng)光譜，是由于分子振動(dòng)能級(jí)躍遷和分子轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)躍遷而形成的帶光譜。紅外光譜法是利用紅外光譜對(duì)物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行定性和定量分析的方法。在鋰離子電池正*材料結(jié)構(gòu)分析，廣泛使用XRD和紅外光譜相結(jié)合的方法。通過考察正*材料紅外吸收峰的變化，分析正*材料晶體結(jié)構(gòu)的變化。

　　拉曼光譜與紅外光譜一樣，均源于分子的振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)躍遷。通過拉曼光譜法可以直接獲得物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)信息。拉曼光譜法分辨率高、重現(xiàn)性好。在鋰離子電池正*材料的研究中，利用拉曼光譜可以研究鋰離子電池正*材料充放電過程的結(jié)構(gòu)變化。采用非原位拉曼光譜時(shí)，將鋰離子電池正*材料停留在某個(gè)充電或放電狀態(tài)時(shí)取出，測(cè)量其拉曼譜，得到正*材料此時(shí)的結(jié)構(gòu)，然后跟充電或放電前的狀態(tài)對(duì)比，可獲得電池正*材料充放電前后的結(jié)構(gòu)變化。而采用原位拉曼光譜，更是可以實(shí)時(shí)獲得鋰離子電池正*材料充放電過程的結(jié)構(gòu)變化信息。

　　６、鋰離子電池正*材料成分分析

　　鋰離子電池正*材料成分分析主要分為主體元素成分分析和摻雜元素成分分析。摻雜元素成分分析因?yàn)閾诫s元素含量較低，分析方法相對(duì)簡單。根據(jù)摻雜元素的含量和種類可以采用吸光光度法、電感耦合等離子體發(fā)射光譜法(ICP-OES)、電感耦合等離子體質(zhì)譜法(ICP-MS)、原子吸收光譜法(AAS)等。

　　主體元素成分分析因?yàn)樵睾扛?，如果采用常?guī)的低含量雜質(zhì)元素的分析方法，容易產(chǎn)生較大的誤差。所以主體元素分析通常采用滴定法。

　　GB/T30835-2014中規(guī)定磷酸鐵鋰中鐵含量的分析采用重鉻酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定法。磷含量的分析采用磷鉬酸銨容量法。如果主體元素中個(gè)別元素含量相對(duì)較低，也可采用ICP-OES、AAS等。

　　電化學(xué)性能分析方法

　　鋰離子電池正*材料的電化學(xué)性能主要包括首次放電比容量、首次充放電效率、放電平臺(tái)容量比率、倍率性能、循環(huán)壽命等。

　　對(duì)于鈷酸鋰正*材料，GB/T23665-2009中規(guī)定了鈷酸鋰首次放電比容量及首次充放電效率的測(cè)試方法。采用半電池測(cè)試這兩個(gè)參數(shù)，電池制作方法和測(cè)試過程標(biāo)準(zhǔn)中有詳細(xì)介紹。GB/T23366-2009中規(guī)定了鈷酸鋰放電平臺(tái)容量比率及循環(huán)壽命的測(cè)試方法。測(cè)試步驟標(biāo)準(zhǔn)中也有詳細(xì)介紹。

　　對(duì)于鎳鈷錳酸鋰正*材料，YS/T798-2012規(guī)定了鎳鈷錳酸鋰首次放電比容量、首次充放電效率、平臺(tái)容量比率及循環(huán)壽命的測(cè)試方法。標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定這些參數(shù)的測(cè)定參照鈷酸鋰的測(cè)試方法執(zhí)行。對(duì)于磷酸鐵鋰正*材料，GB/T30835-2014中規(guī)定了磷酸鐵鋰首次庫倫效率、首次可逆比容量、倍率性能的測(cè)定方法。測(cè)試步驟標(biāo)準(zhǔn)中也有詳細(xì)規(guī)定。

　　除了以上手段對(duì)鋰離子電池正*材料的電化學(xué)性能進(jìn)行分析，還可以采用循環(huán)伏安法和電化學(xué)交流阻抗法對(duì)正*材料的動(dòng)力學(xué)過程進(jìn)行表征。吳建波等采用循環(huán)伏安法和電化學(xué)交流阻抗法對(duì)錳酸鋰粉體及薄膜電*的動(dòng)力學(xué)過程進(jìn)行了分析，找出影響其電化學(xué)性能的主要?jiǎng)恿W(xué)因素。圖4是其循環(huán)伏安圖譜。通過圖譜中的氧化還原電位差，可以反映電*材料的可逆性。

　　總結(jié)

　　材料理化性能和應(yīng)用性能的分析方法很多，從中篩選和確定適合鋰離子電池正*材料性能的分析方法，有助于鋰離子電池正*材料工作者準(zhǔn)確分析自己材料的性能，也有助于不同鋰離子電池正*材料工作者相互之間數(shù)據(jù)的比較，對(duì)推動(dòng)鋰離子電池正*材料的發(fā)展有重要的意義。