導讀

根據(jù)全國乘用車市場信息聯(lián)席會公布的數(shù)據(jù)：2022年新能源汽車累計銷量為567.4萬輛,，同比增長90%,，滲透率達27.6%. 然而，不容忽視的是,，隨著新能源車的熱銷,，更多的安全事故也隨之而來,。根據(jù)應急管理部門公布的數(shù)據(jù)，一季度新能源汽車火災數(shù)量比去年同期上升32%,。電動車安全事故為何屢見報端？正確的使用和充電方式固然十分重要,，而電池本身的安全性能也非常關鍵,。每一塊電池的出廠都會經(jīng)過嚴格的檢測，對電池的關鍵組成材料正極,、負極,、隔膜和電解液等更是格外關注。

那么,，當一顆正極材料踏進了Shimadzu實驗室,，等待它的會是什么？別擔心,，不會損傷一星半點,，我們會將里里外外、來龍去脈查得清清楚楚,。今天,，我們將跟著鋰電池正極材料一探究竟！

正極路線熒光鑒 – EDX

首先進的是一只“電飯煲",，進去“煮"了不到一分鐘,，正極材料正在納悶怎么既不熱也不燙，結果已經(jīng)出爐——

圖1. 能量色散型X射線熒光光譜儀 EDX-7200

圖2. 鎳鈷錳三元正極材料的EDX測試結果

圖3. 磷酸鐵鋰正極材料的EDX測試結果

圖4. 磷酸鐵錳鋰正極材料的EDX測試結果

這只“電飯煲"全名能量色散型X射線熒光光譜儀,，簡稱EDX,，能快速給出樣品的元素組成，而且無損,。因此,，在進去煮了一分鐘，正極材料毫發(fā)無傷地出來了,。EDX不僅能快速區(qū)分正極材料是鈷酸鋰,、鎳鈷錳三元、磷酸鐵鋰,、還是磷酸鐵錳鋰,，還可以進行精確地定量分析。

不過,，它只能鑒別元素種類,，不能分辨元素價態(tài)結構，雖然檢測到含有Ni,、Co,、Mn元素，但不明確存在形式,。

別擔心,，在大咖云集的Shimadzu實驗室,，“這都不是事兒！"

表1. 能量色散型X射線熒光定量分析正極材料準確度（單位:%）

層狀結構衍射瞧 - XRD

圖5. X射線衍射儀 XRD-7000

從EDX中出來,，正極材料又被請進了一扇更大的門里,，一頓操作后，顯示屏上給出了答案——原來這是高鎳三元正極材料,。

圖6. LiNiO2和LiNiyMnyCo1-2yO2等的層狀結構圖

（圖片引自M. Stanley Whittingham. Chemical Reviews, 104(2004) 4271-4301）

這一結論,，由X射線衍射儀（簡稱XRD）給出，它通過X射線在材料晶層間的衍射,，來了解樣品的物相結構,。圖7中的測試結果顯示樣品與鎳酸鋰的晶體結構類似，具有α-NaFeO2型層狀結構（R-3m空間群）,，再結合EDX所給出的元素比例,，可以確定這款正極材料為811系的高鎳三元正極材料（811指的是鎳、鈷,、錳三種元素的比例）,。其實2022年是超高鎳元年，市場上很多材料中鎳的占比更高于它,。

圖7. 三元正極材料的XRD-7000測試結果

圖8. 磷酸鐵鋰正極材料的XRD-7000測試結果

打回原形微區(qū)探 - EPMA

圖9. 電子探針顯微分析儀 EPMA-8050G

看到毫發(fā)無損也能得到這樣的結果,，正極材料很滿意，正要四處轉轉,，又被拉到一個大家伙面前,。裹上一層導電膠離子研磨后，再被送入一個大腔體,。在這里密密麻麻的探頭對著它,，束流打上來也不似前兩次那樣完全無感，不過仍然在接受范圍內,。這是電子探針顯微分析儀（簡稱EPMA）,。

圖10. EPMA測試的正極材料形貌圖

大束流的威力不可擋，正極材料在這里被打回了原形——分別在6000倍和20000倍下得到的圖像顯示,，它是直徑10~20um的球形顆粒,，由納米級的一次顆粒團簇而成。

對單顆粒的面分布分析顯示,，顆粒中心鎳含量高,，邊緣鎳含量低，是一種呈濃度梯度的三元材料,。摻雜的Al元素在大束流的照射下也清晰地顯現(xiàn),，均勻的摻雜效果預示著這是一顆高質量正極材料。

圖11. EPMA測試的正極材料面分布與線分布結果

高真空下終過招 – XPS

圖12. X射線光電子能譜儀 AXIS Supra+

鑒別結果讓這顆正極材料正自洋洋得意，最后一項上機也安排上了,。這次經(jīng)過了多級真空,，來到了10-8帕。超高真空下,，AlAg雙陽極被電子束激發(fā)出單色X射線打在正極顆粒上,，俄歇、熒光現(xiàn)象精彩紛呈,，高分辨能量檢測器眼疾手快地捕獲光電子，鑒別出Ni,、Co,、Mn、Li,、C和O元素,。再通過精細譜分析，得到了主要元素的化學狀態(tài),，如圖13,。

圖13. XPS測試正極材料譜圖

Shimadzu實驗室大咖云集

一頓眼花繚亂的操作，將該正極材料剖析得明明白白,。在裝備齊全的Shimadzu實驗室,，從無機到有機、從元素到價態(tài),、從形貌到物相,，各種檢測儀器。自然,，對正極材料的評價儀器還遠不止剛剛體驗過的這些,，例如SALD-2300細數(shù)顆粒的粒度和粒形、ICPE-9820和ICP-MS精確定量對元素雜質進行分析,，還有微小力壓縮試驗機MCT,，明察秋毫小顆粒的抗壓能力……可謂一顆正極材料只要踏進實驗室，多方位檢測能夠將它鑒定得清清楚楚,。畢竟,，正極材料的性能過硬是電池性能和安全性的重要保障，來不得絲毫大意,。

圖14. Shimadzu實驗室本次出場代表展示

結語

迄今為止,，諸多正極材料都已到訪Shimadzu實驗室，多位實驗室代表（儀器）也已入駐各大電池材料和電池企業(yè),，借精準檢測助力鋰電產業(yè)的蓬勃發(fā)展,，更以客觀穩(wěn)定的數(shù)據(jù)守護行業(yè)的前行方向！

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