(6)X射线吸收近边谱(XANES)
是标定元素及其价态的技术,不同化合物中同一价态的同一元素对特定能量X射线有高的吸收,我们称之为近边吸收谱。在锂电池领域中,XAS主要用于电荷转移研究,如正极材料过渡金属变价问题。
Kobayashi等用XANES研究了LiNi0.80Co0.15Al0.05O2正极材料。XANES检测到颗粒表面含有Li2Co3和其它额外立方相杂质。
(7)X射线荧光光谱分析(XRF)
利用初级X射线光子或其它微观离子激发待测物质中的原子,使之产生荧光(次级X射线)而进行物质成分分析和化学态研究的方法。按激发、色散和探测方法的不同,分为X射线光谱法(波长色散)和X射线能谱法(能量色散)。根据色散方式不同,X射线荧光分析仪相应分为X射线荧光光谱仪(波长色散)和X射线荧光能谱仪(能量色散)。XRF被工业界广泛应用于锂离子电池材料主成分及杂质元素分析。对某些元素检出限可以达到10-9的量级。
2、形貌表征
(1)扫描电镜(SEM)
收集样品表面的二次电子信息,反应样品的表面形貌和粗糙程度,带有EDS配件的SEM可以进一步分析元素种类、分布以及半定量的分析元素含量。虽然SEM的分辨率远小于TEM,但它仍是表征电池材料的颗粒大小和表面形貌的最基本的工具
李文俊等利用密封转移盒转移样品的基础上,重新设计了针对金属锂电极的扫描电镜的样品托架,研究了金属锂电极在Li的嵌入和脱出过程中表面孔洞和枝晶的形成过程。
(2)透射电镜(TEM)
材料的表面和界面的形貌和特性,在关于表面包覆以及阐述表面SEI的文献中多有介绍。TEM也可以配置能谱附件来分析元素的种类、分布等。与SEM相比TEM能观察到更小的颗粒,并且高分辨透射电镜可以对晶格进行观察,原位TEM的功能更加强大,在TEM电镜腔体中组装原位电池,同时借助于TEM的高分辨特性,对电池材料在循环过程中的形貌和结构演化进行实时的测量和分析
黄建宇等利用原位样品杆对SnO2在离子液体中嵌脱锂过程中的形貌和结构演化进行了原位表征。随后,他们对TEM原位电池实验的装置进行了改进,利用在金属Li上自然生产的氧化锂作为电解质,代替了原先使用的离子液体,提高了实验的稳定性,更好地保护了电镜腔体。
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(3)原子力显微镜(AFM)
纳米级平整表面的观察,在碳材料的表征中使用较多。
3、晶体结构表征
(1)X射线衍射技术(XRD)
通过XRD,可以获得材料的晶体结构、结晶度、应力、结晶取向、超结构等信息,还可以反映块体材料平均晶体结构性质,平均的晶胞结构参数变化,拟合后可以获取原子占位信息
Thurston等首次将原位的XRD技术应用到锂离子电池中。通过利用同步辐射光源的硬X射线探测原位电池装置中的体电极材料,直观的观察到晶格膨胀和收缩、相变、多相形成的结果。
(2)扩展X射线吸收精细谱(EXAFS)
通过X 射线与样品的电子相互作用,吸收部分特定能量的入射光子,来反映材料局部结构差异与变化的技术,具有一定的能量和时间分辨能力,主要获得晶体结构中径向分布、键长、有序度、配位数等信息;通常需要同步辐射光源的强光源来实现EXAFS 实验
Jung等通过用EXAFS分析研究了嵌SnOx/CuOx的碳纳米负极材料的电化学性质,表明嵌SnOx/CuOx的碳纳米纤维具有一个无序的结构,形成了SnOx颗粒的特殊分布,由此导致电化学性能有所提升。
(3)中子衍射(ND)
当锂离子电池材料中有较大的原子存在时,X 射线将难以对锂离子占位进行精确的探测。中子对锂离子电池材料中的锂较敏感,因此中子衍射在锂离子电池材料的研究中发挥着重要作用。
Arbi等通过中子衍射确定了锂离子电池固态电解质材料LATP中的Li+占位。
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