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鋰離子二次電池的拉曼光譜技術(shù)分析

  • 發(fā)布日期:2022-10-13      瀏覽次數(shù):2295
    • 鋰離子二次電池的拉曼光譜技術(shù)分析

      從鋰離子電池的拉曼光譜中可以學(xué)到什么

      拉曼光譜具有適用于鋰離子電池材料分析的特性,例如能夠分析材料的結(jié)晶度、識別材料的類型以及觀察其分布。此外,由于活性材料的拉曼光譜隨著鋰離子的脫嵌和脫嵌而變化,因此可以觀察活性材料的充電狀態(tài)分布。在這里,我們介紹使用拉曼成像的鋰離子二次電池電極的分析示例。

      觀察活性物質(zhì)分布

      鋰離子電池電極是活性材料、導(dǎo)電助劑和粘合劑的混合物,分散狀態(tài)影響電池的性能。掃描電子顯微鏡 (SEM) 經(jīng)常用于這種形態(tài)觀察,但拉曼成像可用于評估“晶體結(jié)構(gòu)的分布"以及形態(tài)。特別是由于拉曼光譜非常適合評價碳材料的結(jié)晶度,因此適用于觀察鋰離子電池電極,鋰離子電池電極經(jīng)常使用碳材料作為活性材料和導(dǎo)電助劑。

      例如,在比較石墨和科琴黑的拉曼光譜時,如右圖所示,由于各自的結(jié)晶度不同,峰形也不同。如果結(jié)晶度像石墨一樣好,G 帶就會強,如果結(jié)晶度像 Ketjenblack 那樣不好,D 帶就會強。這些帶的強度比(G/D比)被用作石墨的結(jié)晶度的指標(biāo),數(shù)值越高表示結(jié)晶度越高。

      下面顯示的是使用 PVdF 和 PAANa 作為粘合劑的 Si 基負(fù)極的拉曼圖像(使用拉曼顯微鏡 RAMANtouch/RAMANforce)。使用 PVdF 時,Graphite 和 Ketjenblack 分開分布,但使用 PAANa 時它們分散得很細(xì)。另外,可知無論使用何種粘合劑,Si粒子均以1μm左右的大小分布。

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      下面顯示的是石墨陽極循環(huán)前后 G/D 比的拉曼圖像(使用拉曼顯微鏡 RAMANtouch/RAMANforce)。在該拉曼圖像中,藍(lán)色表示結(jié)晶度較低,紅色表示結(jié)晶度較高。循環(huán)前,有分散的高結(jié)晶區(qū)域以紅色顯示,但循環(huán)后,G/D比整體下降,高結(jié)晶的紅色區(qū)域消失,增加。在比較這種石墨的拉曼圖像時,可以通過比較 G/D 比的直方圖來進(jìn)行定量評估(右圖)。通過直方圖的比較,可以發(fā)現(xiàn)充放電前后的眾數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)偏差、最大值等的變化,可以定量評價充放電引起的結(jié)晶性的劣化。

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