【摘要】 XRD 利用了X射线产生的衍射现象，通过获得不同衍射角的峰强度，确定物质的主峰，通过与标准卡片比对确定物质的成分。XRD可以得到物相和结晶度信息，通过XRD精修还可以获得更多的晶格信息。

XRD测试作为常用测试之一，但仍有许多同学不太了解，本篇文章由科学指南针科研服务平台给大家介绍XRD测试的问题。

 

XRD 利用了X射线产生的衍射现象，通过获得不同衍射角的峰强度，确定物质的主峰，通过与标准卡片比对确定物质的成分。

 

XRD可以得到物相和结晶度信息，通过XRD精修还可以获得更多的晶格信息。下面有三个XRD在锂离子电池方面的应用实例以供参考。

 

案例1

 

(1） 题目及作者：

 

 

(2） 文献收录：Journal of Power Sources

https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2019.03.073

 

 (3) 摘要：

 

 

结构不稳定性和较差的储存性能是高镍正极的瓶颈。

 

在此，我们构建了一种包覆和掺杂共改性高镍正极，其中La和Al原子在体相均匀掺杂，包覆层分布在二次颗粒表面。

 

外层紧密地形成了La2O3包覆层、La-Al掺杂原子结构使Ni呈现到体相浓度梯度分布。La和Al作为晶格的支撑，增大了c轴间距和正电荷中心，增强了Li+的输运，抑制了相变。

 

La层和Ni浓度降低的外表面区域抑制了有机电解质与氧化态Ni4+之间的副反应，改善了空气中的储存稳定性。在循环过程中，改性材料在电压窗口2.7-4.3 V, 10C倍率下循环480次，容量保持率为80.0%，显示出很高的倍率性能和循环稳定性。

 

(4) 测试仪器介绍：

 

 

使用检测设备有X射线衍射仪(XRD)，扫描电子显微镜(SEM)，透射电镜(TEM)和X射线光电子能谱(XPS)。

 

（5) 测试谱图：

 

 

（6) 测试类别分析：

 

 

如图2所示，样品有良好的α-NaFeO2结构。(006)/(102)和(108)/(110)峰的分裂表明样品具有有序的层状相结构。

 

LNCM（基体）和LNCM- A（Al改性NCM）均未见明显的杂质峰。而LNCM-LA（La-Al改性NCM）在24.7°、33.6°和31.5°三个杂质峰分别为Li0.5La2Al0.5O4和La2O3，说明La和Al在高温下可以与锂发生反应，有利于消耗残锂，提高循环性能。

 

三种样品的峰强度I(003)/I(104)之比均大于1.2，说明样品的阳离子混合程度较低。与LNCM相比，LNCM- A和LNCM- LA的峰移角度更大，这可能与离子半径不同有关。由于Mn4+的半径大于Al3+， LNCM-A的峰值向更高的角度移动。

 

反映层状结构完整性的c/a值大于4.9，说明所有样品层状结构有序，La的存在对层状结构没有影响。

 

案例2

 

（1）题目及作者：

 

 

（2) 文献收录：Electrochimica Acta

https://doi.org/10.1016/j.electacta.2018.04.077

 

（3) 摘要：

 

 

本工作为利用包覆层CaF2和La掺杂的复合效应来改善富锂层材料的电化学性能提供了一种新的策略。

 

利用金属过渡层(MT)中的La掺杂来阻断TM（过渡金属）离子的迁移通道，稳定晶体结构，利用在富含锂的氧化层材料表面的包覆层CaF2来减弱活性材料与电解质之间的副反应。得益于包覆层CaF2和La掺杂的共同作用，CaF2包覆层的Li1.2Mn0.52Ni0.13Co0.13La0.02O2表现出优异的循环性能和电压稳定性。

 

有CaF2包覆层的Li1.2Mn0.52Ni0.13Co0.13La0.02O2在0.5 C时的初始放电容量为227.1 mAh g-1 . 100个循环后，其保持率为93.9%，电压衰减仅为0.203 V。

 

这种包覆层与掺杂的联合机制，避免了单包覆层或单掺杂的不足，对富锂氧化物材料的改性具有重要的指导意义。

 

（4) 测试仪器介绍：

 

 

使用检测设备有X射线衍射仪(XRD)，扫描电子显微镜(SEM)，透射电镜(TEM)和能谱仪(EDS)。

 

（5) 测试谱图：

 

（6) 测试类别分析：

 

 

LLMO-1、LLMO-2、LLMO-3、LLMO-4的XRD图谱及其晶体结构如图3所示。主峰显示所有样品都有层状a-NaFeO2结构。而因Li2MnO3的存在在20-25°范围显示出了杂峰。

(006)/(102)，(108)/(110)的分裂表明，所有样品在层状结构中都有良好的结晶度。

并且，因为La的离子半径比Mn要大，故LLMO-1和LLMO-3的主峰朝着低角的大离子半径比偏移

 

案例3

 

（1） 题目及作者

 

 

（2) 文献收录：Electrochimica Acta

https://doi.org/10.1016/j.electacta.2018.08.124

 

（3） 摘要：

 

 

富镍的锂离子电池正极材料LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2被认为是高能量密度锂离子电池的有前途的候选材料之一，但由于其结构退化、热稳定性不足、储存性能差等原因，导致其容量衰减、安全性下降。

 

在通过可扩展的连续沉淀法构建了具有高稳定循环性能和存储稳定性的均匀的Al3+掺杂高镍正极。随着Al3+在二次团聚体中的均匀分布，以Al3+掺杂的氢氧前驱体为原料合成的高镍正极在团聚体内部呈现出更加完美的球形。

 

Ni2+/Ni3+和Li+/Ni2+无序的比例降低。Al3+掺杂LiNi0.8Co0.1Mn0.09Al0.01O2的循环性能有了很大的提高，200个循环后1 C的保持率为78.92%，1000个循环后10 C的保持率为70.0%。

 

此外，Al的掺杂可以显著阻止储存过程中与H2O和CO2的反应，提高储存和储存的稳定性。

 

（4) 测试仪器介绍：

 

使用检测设备有X射线衍射仪(XRD)，扫描电子显微镜(SEM)，热重分析仪(NETZSCH STA 449F3) ，能谱仪(EDS)和X射线光电子能谱(XPS)。

 

（5) 测试谱图：

 

 

（6) 测试类别分析：

 

 

 

 

通过表征前驱体和相应煅烧材料的XRD图谱，研究了铝掺入对晶体结构的影响。基体和Al掺杂的正极呈现出典型的α-NaFeO2的层状结构，未见明显的杂质峰。

 

三个样品的006/102和108/110的峰值表明形成了有序的层状结构。三个样品的006/102和108/110的峰值表明形成了有序的层状结构。

 

LNCM-N的峰移程度越大，说明Al3+的掺入量越高。LNCM-N的c/a值最高，这也说明了其更加规则的六边形层状结构。LNCM- N和LNCM- M的R(I003/I104)值基本相同，均远大于LNCM，说明Al掺杂降低了阳离子混排的程度。

 

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