鋰離子二次電池的拉曼光譜技術(shù)分析
從鋰離子電池的拉曼光譜中可以學(xué)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(shí)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(dǎo)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(píng)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(píng)價(jià)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(dǎo)電助劑。
例如，在比較石墨和科琴黑的拉曼光譜時(shí)，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(huì)強(qiáng)，如果結(jié)晶度像 Ketjenblack 那樣不好，D 帶就會(huì)強(qiáng)。這些帶的強(qiáng)度比(G/D比)被用作石墨的結(jié)晶度的指標(biāo)，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(fù)極的拉曼圖像（使用拉曼顯微鏡 RAMANtouch/RAMANforce）。使用 PVdF 時(shí)，Graphite 和 Ketjenblack 分開(kāi)分布，但使用 PAANa 時(shí)它們分散得很細(xì)。另外，可知無(wú)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(yáng)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(lán)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(shí)，可以通過(guò)比較 G/D 比的直方圖來(lái)進(jìn)行定量評(píng)估（右圖）。通過(guò)直方圖的比較，可以發(fā)現(xiàn)充放電前后的眾數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)偏差、最大值等的變化，可以定量評(píng)價(jià)充放電引起的結(jié)晶性的劣化。
