鋰離子二次電池的拉曼光譜技術分析

發(fā)布日期：2022-10-13      瀏覽次數(shù)：1773

鋰離子二次電池的拉曼光譜技術分析

從鋰離子電池的拉曼光譜中可以學到什么

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，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。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。





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)、標準偏差、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。