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理學(xué)XES在鋰離子電池中的應(yīng)用

來(lái)源：日本理學(xué)株式會(huì)社 更新時(shí)間：2026-01-19 14:30:28 閱讀量：84
導(dǎo)讀：鋰離子電池的價(jià)態(tài)分析，理學(xué)XES幫您搞定！


Part.01

NCM 正極中鎳、鈷和錳的價(jià)態(tài)分析

同步輻射 X 射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)譜（XAFS）通常用于 NCM 正極中過(guò)渡金屬元素的價(jià)態(tài)分析。X 射線發(fā)射光譜儀（XES）也可以進(jìn)行類似的評(píng)估。根據(jù) XES 光譜中鎳、鈷和錳的化學(xué)位移，可以評(píng)估成鍵態(tài)的變化。

圖1:鎳Kα1、鈷Kα1和錳Kα1的化學(xué)位移與電荷狀態(tài)的相關(guān)性

結(jié)論


上圖顯示了NCM523正極材料首次充電過(guò)程中的XES峰位置變化，隨著充電深度（SOC）加深，可以清晰的看到Ni、Co的XES峰位置向著低能段移動(dòng)，這反映出Ni、Co、Mn在充電過(guò)程中的價(jià)態(tài)變化。有意思的是，Ni的化學(xué)位移比Mn要大，Mn的價(jià)態(tài)在整個(gè)充放電過(guò)程中幾乎不變，這說(shuō)明NCM523材料主要是通過(guò)Ni的升價(jià)完成了充電過(guò)程。由此可見(jiàn)，可以使用 XES 以及相關(guān)實(shí)驗(yàn)室儀器進(jìn)行價(jià)態(tài)分析。


此外，XES 得到的是體材料的信息，典型分析深度達(dá)幾十微米以上，分析直徑可達(dá) 10-20 毫米。X 射線光電子能譜（XPS）只能分析表面幾十個(gè)nm深度內(nèi)的元素信息，而且在分析三元正極材料時(shí)，XPS使用常規(guī)的Al靶時(shí)，Mn易受到Ni元素俄歇電子峰的干擾。


Part.02

NCM 正極中鎳、鈷和錳的價(jià)態(tài)分析

本例通過(guò)對(duì)SiO-C復(fù)合負(fù)極材料首次充放電測(cè)試過(guò)程中峰位移動(dòng)和峰形變化，展示理學(xué)XES在鋰離子電池負(fù)極材料中的應(yīng)用。

本圖展示了SiO-C復(fù)合負(fù)極在初始充電/放電時(shí) 硅Kβ的XES光譜。使用高純物質(zhì)譜圖的線性組合（LCF）對(duì)譜圖進(jìn)行了分峰擬合，解釋了SiO-C復(fù)合負(fù)極在首次充放電過(guò)程中峰形變化。擬合過(guò)程使用了晶態(tài)硅(c-Si)、非晶硅Si(a-Si)、 Li3.75Si 合金和Li4SiO4的標(biāo)準(zhǔn)譜圖。

結(jié)論


未充電的初始狀態(tài)，光譜顯示出兩個(gè)峰，分別由a-Si和SiO2組成。隨著充電深度增加，譜圖中逐漸出現(xiàn)了Li-Si合金和硅酸鋰鹽的峰，并且逐漸增強(qiáng)。有意思的是，充電過(guò)程中生成的Li4SiO4，即使在10個(gè)充放電循環(huán)結(jié)束后依然存在。由此可見(jiàn)，使用XES和實(shí)驗(yàn)室儀器可對(duì)負(fù)極材料的化學(xué)狀態(tài)進(jìn)行分析，深入理解電池的充放電機(jī)理，從而開(kāi)發(fā)出更好的電池材料。

理學(xué)在鋰離子電池研發(fā)


自 1951 年創(chuàng)立，理學(xué)在 X 射線檢測(cè)領(lǐng)域已深耕七十余載。依托深厚的技術(shù)積淀與持續(xù)的創(chuàng)新突破，我們聚焦電池產(chǎn)業(yè)實(shí)驗(yàn)室研發(fā)核心需求，構(gòu)建了覆蓋研發(fā)全流程、全場(chǎng)景的 X 射線解決方案體系，為技術(shù)攻關(guān)與性能優(yōu)化提供精準(zhǔn)檢測(cè)支持。


如今，理學(xué)的專業(yè)技術(shù)與服務(wù)已深度賦能全球頂尖電池企業(yè)的研發(fā)團(tuán)隊(duì)。在實(shí)驗(yàn)室研發(fā)環(huán)節(jié)，從新材料成分分析、電極反應(yīng)機(jī)理探究，到電池性能衰退原因溯源，我們以高靈敏度、高分辨率的檢測(cè)技術(shù)，助力研發(fā)人員快速驗(yàn)證猜想、縮短研發(fā)周期，加速新技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室走向產(chǎn)業(yè)化。


未來(lái)，理學(xué)將繼續(xù)以創(chuàng)新為驅(qū)動(dòng)，針對(duì)實(shí)驗(yàn)室研發(fā)的前沿需求迭代檢測(cè)方案，致力于為全球客戶提供更精準(zhǔn)、更全面的研發(fā)支持，成為電池行業(yè)前沿技術(shù)突破進(jìn)程中值得信賴的技術(shù)伙伴。

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