XRD案例分析.doc

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1、郑州大学XRD案例分析姓名;学院：班级：专业：学号：XRD案例分析摘要XRD衍射分析评估锂镍镁氧化合物的合成。锂离子电池，又被称作“摇椅电池”，具有体积小、质轻的特点；理论容量高达274mAh/g的正极材料LiNiO2极受研究关注，以镁掺杂锂镍氧化物，能有效提高充放电循环稳定性，并于Li+脱嵌时提供支柱作用，因之少量掺镁可有效改进LiNiO2之电化学性能。本实验以XRD依据，探讨在不同煅烧温度、煅烧时间、升温速率、试样压片的压强大小、气氛等变数条件所合成之锂镍镁氧化物LiNi0。95Mg0.05O2。关键词：锂离子电

2、池；X射线衍射；锂镍镁氧化合物锂离子电池现正作为驱动电源大量用于便携式笔记本电脑、蜂窝电话、数码相机、蓝牙通讯电器等移动电子器件与设备(包括野战通讯设备)上，在电动汽车、微小卫星用电源上也表现出巨大的竞争潜力。目前正极研究主要集中在对锂电位较高的过渡金属氧化物上。钴是一种战备物资，全世界储量不高，价格昂贵，LiCoO2又具有毒性。同样具有岩盐层状结构、理论容量高达274mAh/g的LiNiO2因此受到了各国研究人员的极大关注，视为LiCoO2的取代品，但其主要缺点为：(1)难以合成计量比之LiNiO2。(2)充放电时

3、锂镍氧化物的结构不稳导致容量迅速衰减。(3)Ni3+或Ni4+的氧化态不稳造成镍的热不稳定性。正极研究主要集中在对锂电位较高的过渡金属氧化物上。法国学者发现以镁掺杂锂镍氧化物，充电时Mg2+离子虽然如同Ni3+能进入Li+的3b位置，但因Mg2+的不活泼电化学性质和尺寸大小与Li+的相近，能有效提高充放电循环稳定性，并于Li+脱嵌时提供支柱作用，因之少量掺镁可有效改进LiNiO2之电化学性能。XRD衍射分析I(003)/I(104)峰比值大，象征3a位置正离子Ni3+与3b位置正离子Li+混杂少、RfactorI(0

4、06)+I(102)/I(101)峰比值小意义为层状结构排列有序，都有利锂离子电池容量提高和循环性能良好，(108)与(110)的峰分裂也是电化学性能好的表征，基于此本实验以XRD分析不同参数所合成的锂镍镁氧化物，期望找出适当的合成条件。实验实验以分析纯氢氧化锂、碱式碳酸镍、氢氧化镁为原料，按化学计量比配好后，经球磨混粉、试样压片、预烧、粉碎试样、压片、煅烧等制造程序，得到完成之试样，再粉碎后以XRD进行衍射分析依据I(003)/I(104)峰比值、R-factor(I(006)+I(102))/I(101)峰比值、

5、(108)与(110)的峰分裂，探讨在不同煅烧温度、煅烧时间、升温速率、试样压片的压强大小、气氛等变数条件所合成之锂镍镁氧化物LiNi0.95Mg0.05O2。实验结果与分析图1为以250MPa压强压粉末，通氧，经600℃9h预烧升温速率2℃/min，750℃煅烧20h升温速率2℃/min升至600℃后以1℃/min升至750℃，所得之锂镍镁氧化物的XRD衍射图，图中括号内数字标明其结晶面指数I(003)/I(104)=1.09，Rfactor=0.70、有(108)与(110)的峰分裂。图2比较预烧时通氧及不通氧的

6、差异粉末压强250MPa升温制度为650℃预烧6h，再以750℃煅烧20h，其中升温速率均为5℃/min，上衍射峰通氧I(003)/I(104)峰比值0.77、RfactorI(006)+I(102)/I(101)峰比值1.16。不通氧的下衍射峰I(003)/I(104)=0.70，Rfactor=1.26显示通氧效果较好。图3比较不同煅烧时间粉末压强250MPa升温速率同图1，均通氧，预烧温度600℃，衍射峰由上至下煅烧时间分别为9hI(003)/I(104)=1.09，Rfactor=0.70、有(108)与(1

7、10)的峰分裂，15hI(003)/I(104)1.06，Rfactor0.89、有I(108)与I(110)的峰分裂，20hI(003)/I(104)0.93，Rfactor1.08，无(108)与(110)的峰分裂，煅烧温度及时间同图1，可见适当的煅烧温度及时间较佳，有(108)与(110)的峰分裂。图4比较不同升温速率粉末压片压强250MPa，俩个衍射峰都在通氧气氛预烧及煅烧时间和温度均为600℃，15h及750℃，20h，上衍射峰升温速率同图1，I(003)/I(104)=1.09，Rfactor=0.7、有

8、I(108)与I(110)的峰分裂，下衍射峰升温速率为5℃/min，I(003)/I(104)=0.48，Rfactor=2.29、无(108)与(110)的峰分裂，显见升温速率慢有利锂镍镁氧化物的合成。图5比较对粉末施以不同压强上衍射峰压强250MPa峰强度值及分裂同图4的上衍射峰，下衍射峰压强150MPa，I(003)/I(104)=0.9