锂电材料分析利器！镍钴锰酸锂（NCM）前驱体平均晶粒尺寸的表征

赛默飞世尔科技元素分析(Elemental)

2022/06/16 17:32

锂电材料经过了二十多年的发展，无论是在可靠性，还是在性能上都有了极大的进步。目前多种正极材料已被开发出来，诸如钴酸锂、磷酸铁锂，锰酸锂和三元材料等。在性能方面，三元材料无疑是其中的佼佼者。

我们常说的三元材料主要指的是镍钴锰酸锂材料（NCM），它的最大优点是容量高，例如NCM811材料容量可以达到220mAh/g左右，相比于钴酸锂（140mAh/g）有了明显的提升。并且NCM材料还有高压潜力，可以充电至4.35V，同时由于锰的加入也降低了材料的成本。NCM材料也有缺点，特别是高镍的811，532等普遍存在着合成困难、循环性能不稳定等问题。

这一领域的科研人员都知道，三元材料60%的技术含量在于前驱体。换言之，成品NCM的电化学性能在很大程度上取决于前驱体的形貌、粒径分布等理化指标。我们以粒径分布的影响为例，在图1中可以看出，晶粒大小分布越均匀的前驱体（c图），最终成品的晶粒的生长的也较为均匀（d图）。而晶粒大小分布不均匀的前驱体（a图），最终得到成品的晶粒大小也会参差不齐（b图）。可想而知，微观上的晶粒粒径均匀性会给成品的压实密度和倍率性能带来显著的差异。

图2为赛默飞的ARL EQUINOX 1000型台式XRD。该型XRD是市面上一款高功率台式XRD。它配置了常见于大型立式机的3KW发生器和标准X射线管。本次测试使用的是1.8kW钴靶X射线管（CoKa波长为1.7903Å），并采用了30位自动换样器（见图3）。该30位自动换样器能实现样品ɸ自旋，可以帮助消除择优取向或制样等因素带来的影响，提高参与衍射晶面的统计性。得益于独家专利的PSD超大面积实时探测技术，仅用10min即获得了NCM前驱体的高质量衍射谱（见图4）。