鋰離子電池正極材料性能分析方法和標(biāo)準(zhǔn)

鋰離子電池正極材料需要分析的理化性能主要包括粒度、形貌、比表面積、振實(shí)密度、結(jié)構(gòu)和成分。

鋰離子電池正極材料的粒度及粒度分布對(duì)電池的安全性能和極片的壓實(shí)密度有較大影響，同時(shí)也對(duì)電池材料的電性能有影響。粒度分析方法主要有沉降法、篩分法、庫爾特法、電鏡統(tǒng)計(jì)觀察法、電超聲粒度分析法、激光衍射法、動(dòng)態(tài)光散射法。鋰離子電池正極材料的粒度分析應(yīng)用最多的是激光散射法，測(cè)試步驟主要參考標(biāo)準(zhǔn)GB/T19077-2016。

激光散射法的原理是：顆粒樣品以合適的濃度分散于適宜的液體或氣體中，使其通過單色光束，當(dāng)光遇到顆粒后以不同角度散射，由多元探測(cè)器測(cè)量散射光。通過適當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)模型和數(shù)學(xué)過程，轉(zhuǎn)換這些量化的散射數(shù)據(jù)，得到一系列離散的粒徑段上的顆粒體積相對(duì)于顆粒總體積的百分比，從而得出顆粒粒度體積分布。

材料的形貌分析最常用的手段是掃描電子顯微鏡(SEM)和透射電子顯微鏡(TEM)。有時(shí)根據(jù)材料形貌的特殊要求，也用到掃描隧道顯微鏡(STM)和原子力顯微鏡(AFM)。

鋰離子電池正極材料的形貌分析主要用到的是掃描電子顯微鏡和透射電子顯微鏡。SEM一般只能提供鋰離子電池正極材料微米或亞微米的形貌信息。TEM分辨率更高，可以達(dá) 到0.1nm～0.2nm，除了對(duì)樣品進(jìn)行形貌分析，還可以分析樣品的晶體結(jié)構(gòu)。粟智等采用TEM對(duì)錳酸鋰的形貌進(jìn)行了分析，分析結(jié)果如圖2。從圖中可以清晰的看到樣品的形貌，同時(shí)也可以看出樣品結(jié)晶度良好。

鋰離子電池正極材料的比表面積與材料的加工性能有關(guān)。因此比表面積分析也是鋰離子電池正極材料理化性能分析中重要的一項(xiàng)。鋰離子電池正極材料比表面積分析方法主要采BET法。BET法的原理是：將試樣放入盛樣器，然后置于液氮中，此條件下，試樣表面將發(fā)生物理吸附。用壓力計(jì)測(cè)量吸附達(dá)到平衡時(shí)的平衡吸附壓力，容量法或色譜法測(cè)量樣品吸附的氣體量。最后將平衡吸附壓力和吸附的氣體體積帶入BET方程式， 計(jì)算求出試樣的比表面積。BET測(cè)試方法和步驟參考GB/T13390-2008。

鋰離子電池正極材料的振實(shí)密度關(guān)系到電池制作過程中的壓實(shí)密度，是材料能量密度的考核指標(biāo)之一。鋰離子電池正極材料的振實(shí)密度分析主要采用振動(dòng)法，原理是：稱取一定量的樣品置于玻璃量筒中，通過振動(dòng)裝置使量筒里的粉末逐漸被振實(shí)，直至粉末的體積讀數(shù)不再變化，記錄此時(shí)的體積數(shù)。將先前稱取粉末的質(zhì)量數(shù)除以記錄的體積數(shù)，就得到樣品的振 實(shí)密度。振實(shí)密度測(cè)試方法和步驟參考GB/T5162-2006。

鋰離子電池正極材料的結(jié)構(gòu)決定了鋰離子脫嵌路徑方式的不同，對(duì)鋰離子電池的電化學(xué)性能等產(chǎn)生明顯影響。鋰離子電池正極材料結(jié)構(gòu)分析方法有X射線衍射(XRD)法、紅外光譜法、拉曼光譜法等。Ｘ射線衍射法是最常用的結(jié)構(gòu)分析方法。利用XRD可以對(duì)材料進(jìn)行物相定性分析、物相定量分析以及測(cè)定材料的結(jié)晶度。張利峰等對(duì)不同手段制備的磷酸鐵鋰用XRD對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，分析圖譜如圖3。從圖中