原位xrd在锂电池电极材料测试中的应用

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1、宁波纯INingboChemicallndustry2014：~flflfl勘【专论综述】原位XRD在锂电池电极材料测试中的应用肖索，张子良，刘松杭(上海大学环境与化学工程学院，上海200444)摘要：x射线衍射(XID)是研究电极材料晶体结构性质的一种重要的工具，除此之外还能够用来研究化学反应的机理。在电化学系统之中，x射线衍射可以用于研究新型可充放电锂离子电池电极材料。在充放电的过程中对材料进行原位XRD测试，通过出峰位置的变化就能够推测出电化学反应的机理。它广泛运用于含碳、氧、氮、硫、金属嵌入等复合物的电化学体系中。关键词：锂电池；

2、原位XRD；电极材料中图分类号：TM912文献标识码：Ax射线衍射是通过x射线在样品中的衍射现Pmn2(1)两相存的现象。人量的P2(1)／n市只仅仅象，利用衍射峰的位置和强度，米定性分析材料只有在电池循环前才出现，在首次充放电进行之的结晶类型、晶体参数、品体缺陷、不同结构相后Pran2(I)相火量增加，而e2(【)／n则减少。放电的含量等。在电池的充放电过程中，电极材料的结后Pmn2(1)~M作为主要的相出现。这也就解结品类型、晶体参数等会发生变化，为了确定在释了在阻抗谱中为什么会形成感应涡流现象，电池充放电过程中电极材料发生的具体变化

3、，我也就是在电极Li2．FeSiO4之外，由于市同对锉的们luj以使厂仃原位XRD对电极材料进行实时的观电势差不同而形成反向的电流。察。从而町以推测出在电化学反应过程中生成的1．3在电极材料LiTi。0中的应用中问物，通过这些中间广：物就能够的推测出反应Yu等【3J利厂口原位XRD闸明了钠插入机理。Li4Ti5OI2之后的结构演变。同样他们也观察到了1原位XRD在金属氧化物电极材料测试中的应Li4Ti5OI2／Li7Ti5Ol2在钠离子嵌入嵌出的相反应用系统。纳米级的Li4Ti5Ol2对于钠离子电池米说是1．1在电极材料LiMnN0中的应

4、用‘种很好的很重要的电极材料，而成功地把原位Zhutq等通过原位XRD在C／24的电流密度条XRD测试运门]在钠离子}乜池的测试上，对于以后件下，对LiMnl5Ni05O4进行充放电的过程中的x的电池材料结构设计或者其他的电化学系统有着射线衍射测试。他们发现伴随着钝离子的脱出，十分重要的意义。材料从均，有序的相逐渐过渡成区域的市『l2XRD在单质硫及含硫化合物的电极材料中的』存态。他们分析了不同结果的尖晶石相，并应用且发现Cr的嵌入虽然稳定了晶型但是并没有比2．1单质硫电极材料容量的贡献，在‘定程度上降低电极材料的能量硫作为‘种理想的钝电

5、池电1I乏材料，囚为其密度。化学性质典型的嵌钝材料(如LiFePO，1．2在电极材料LiFeSi0中的应用LiMn204)是截然不同的。它的最稳定的结构是肜Zhout1等同样也使厂Ⅱ了原位XRD对纳米成堆叠的八元环状结构【71，其密度为2．07g／cm3。Li2FeSi04／CP乜极进行了测试。他们发现在材料的典型的钝硫电池l(a)，金属钭是作为负42乏材料，充放I乜脱嵌钝的过程中同样有P2(1)／n和通过离子液体或I到体I乜解液fj硫ilI1披分开。在放j1波化～f：．、．宁波化上NingboChemicalIndusoT2014年第1

6、期试。通过电池材料的衍射町以发现在电池循环中也脱出锂，ZnS就随着放电电压的增加而重新之前，电极材料的硫为阿拉法正交晶型的硫。在形成。首次放电的过程中，硫的峰强渐渐地减弱(图2a)，2．2．2在SeSx(x=O一7)电极中的应用在第一‘个平台出现前，硫峰才完全消失。这也就原位XRD被Cui【22J等应用在研究证明了最初存在于电极上的硫变成了町溶于电解SeSx—carbon复合物在充放电过程中的结晶相的液的多硫分子了。在放电电压平台(2．3V~2．OV)转变。Se的化合状态包括晶态和非晶态，可以通的区域，活性材料硫一直就是町溶于电解液的形过

7、原位SeK能系带吸收的边缘结构进行分析。通式，这是因为没有电压平台出现。Li2S的峰信号过分析结果，～一个Se—S复合物脱嵌锉的机理被导出现在第二圈放电平台的开始阶段，这也很好地出。Se与锉化合成聚合态，在嵌的过程中逐渐解释了S8大分子需要人量的电子才能形成较短链的由Li2Se．(n>4)变成Li2Se，在脱钝的过程中Li2Se的小硫分子【5，8，18_10】。被直接氧化成Se。对十Li／SeS2和Li／SeS7电池，Li2Se和Li2S都是放电产物并且单质结晶态Se仅2．2硫化物电极材料存在于充电结束之后。2．2．1在ZnS／C电极中的

8、应用ZnS／C复合材料作为钝离子电池负极材料具3XRD在其他复合电极材料中的应用有优异电化学性h'U"J，有着十分优良的循环稳定郝小罡等【'3，24J采厂口溶胶凝胶法制备性利较高的比容量。但日