进入展台在线留言

欢迎联系我

有什么可以帮您？在线咨询

精品视频一区二区三区 XRD技术透视NMC 811高性能奥秘

来源：赛默飞世尔科技智能制造与过程分析 2025年01月02日 16:06

LiNi_0.8Mn_0.1Co_0.1O₂ (NMC 811) 的性能标准和结构精修

ARL X'TRA Companion X 射线衍射系统

LiNi_0.8Mn_0.1Co_0.1O₂ (NMC 811) 是目前NMC型材料中性能最好的一种高能量密度阳极材料。NMC 811对锂离子电池的性能起着至关重要的作用，对电动汽车和储能系统来说尤其如此。NMC 811的结构完整性和相组成对其电化学性能（包括容量、稳定性和寿命）具有显著影响。X光衍射 (XRD) 是对NMC 811进行全面结构分析不可或缺的工具，可帮助我们深入了解其晶相、晶格参数和潜在结构缺陷。

NMC晶体为六方对称的层状α-NaFeO₂

结构类型

尽管NMC材料相比之前的材料有了显著改进，但仍存在两个显著缺点：容量衰减严重，以及高倍率（C rate）下充放电速率能力差。其根本原因在于：1)电导率低；2)Li⁺和 Ni²⁺的反位混合；3)副反应导致的氧损失。

通过某些衍射强度与晶格参数之间的比值，可以得出有意义的性能指标。锂离子的高迁移率取决于六方a-b平面的强长程有序性。R-因子 (R = (I₀₀₆+I₁₀₂)/I₁₀₁) 能很好地指示这种有序性。

此外，通过I₀₀₃/I₁₀₄比值可以评估Li-Ni反位混合，若该比值大于1.2且c/a > 4.9，则表明反位混合率低 (< 2%)，因此不再影响电化学性能。¹对粉末衍射数据进行Rietveld结构精修，可获得有关结构的详细信息，包括键长、层间距、占位率或位移参数，这些信息对于材料的详细结构分析至关重要。

利用XRD的功能，研究人员和行业专业人士就能更深入地了解NMC 811的结构特性，从而提高材料性能，推动更高效电池技术的发展。

仪器和软件

Thermo Scientific™ ARL™ X'TRA Companion XRD 系统（参见图1）是一款简单易用的台式XRD仪器，适用于常规相分析以及更高级的应用。

图1.ARL X'TRA Companion衍射系统

产品亮点

ARL X'TRA Companion XRD系统采用Bragg-Brentano几何结构的θ/θ联动测角仪（半径160 mm），并配有600 W X射线源（铜或钴靶）。

该系统通过发散和索勒狭缝控制束流的径向和轴向准直，同时通过可变束刀来减少空气散射。

可选配集成式水冷却机。

由于采用了先进的固态像素探测器（55×55 µm间距），ARL X'TRA Companion仪器的数据采集速度极快，并具备一键式Rietveld定量功能，还可将结果自动传输至Thermo Scientific™ SolstiX™ Pronto仪器控制软件中无缝集成的LIMS（实验室信息管理系统）中。

01.

实验

使用Co Kα（1.790915 Å）辐射，在反射模式下对来自MSE Supplies^® LLC的LiNi_0.8Mn_0.1Co_0.1O₂样品进行了10分钟（5-90°2θ）（参见图2）和60分钟（10-143°2θ）测量。通过旋转样品和电子光子能量过滤来进行数据采集，以减少样品荧光。使用Profex软件（BGMN）程序，通过轮廓拟合得出强度，并对所有结构参数进行Rietveld精修。²使用Arai等人发布的NMC 811结构³作为初始模型。对总公式施加了约束，并使用各向异性原子位移参数（ADP）对Li-Ni反位混合（仅TM、O位点；Li位点各向同性ADP）进行精修。轮廓拟合基于BGMN的基本参数方法。

图2.对LiNi_0.8Mn_0.1Co_0.1O₂进行测量（10分钟）。（点击查看大图）

02.

结果与讨论

LiNi_0.8Mn_0.1Co_0.1O₂样品为纯相。使用10分钟测量数据进行拟合，确定了强度和晶格参数。结果显示I₀₀₃/I₁₀₄= 1.37，c/a= 4.94，R= 0.46，因此符合高性能材料的标准。

使用60分钟扫描对结构参数、锂镍混合和各向异性ADP（参见图3）进行了精修。各向异性ADP的大小和方向与层状化合物的预期振动矢量非常相似。与NMC 811（含3.6%反位混合）的文献值相比⁴，其占位率、层间距和厚度相似，但层间距压缩（4.732 Å和4.695 Å），层间距离缩短（2.599 Å和2.592 Å）。除Li⁺的离子半径 (0.76 Å) 和Ni²⁺的离子半径 (0.69 Å) 差异外，还有更多参数影响着原子间距。合成过程中，可能出现不同数量的O空位，此处未进行评估。晶格参数⁵的差异在3σ区间内不显著。

图3.LiNi_0.8Mn_0.1Co_0.1O₂（黑色）的Rietveld精修结果与Wang等人⁴（橙色）的结果对比；ADP显示为99%的概率。（点击查看大图）

本文结论

ARL X'TRA Companion XRD系统在10分钟内测量的数据非常适合确定一般性能标准。使用60分钟扫描至143°的高2θ角，可对占位和各向异性ADP实现更深层次的结构精修。结果与具有不同反位混合的同类材料相当。

参考文献

[1] Z. Chen, J. Wang, D.Chao, T. Baikie, L. Bai, S. Chen, Y. Zhao, T. C. Sum, J. Lin, Z. Shen, Sci. Rep.2016, 6, 25771.

[2] N. Doebelin, R. Kleeberg, J. Appl. Crystallogr.2017, 48, 1573-1580.

[3] H. Arai, M. Tsuda, Y. Sakurai, J. Power Sources 2000, 90, 76-81.

[4] T. Wang, K. Ren, W. Xiao, W. Dong, H. Qiao, A. Duan, H. Pan, Y. Yang, H. Wang, J. Phys. Chem. C 2020, 124, 5600-5607.

[5] J. Li, G. Liang, W. Zheng, S. Zhang, K. Davey, W. K. Pang, Z. Guo, Nano Mater. Sci. 2023, 5, 404-420.

免责声明

凡本网注明“来源：化工仪器网”的所有作品，均为浙江兴旺宝明通网络有限公司-化工仪器网合法拥有版权或有权使用的作品，未经本网授权不得转载、摘编或利用其它方式使用上述作品。已经本网授权使用作品的，应在授权范围内使用，并注明“来源：化工仪器网”。违反上述声明者，本网将追究其相关法律责任。
本网转载并注明自其他来源（非化工仪器网）的作品，目的在于传递更多信息，并不代表本网赞同其观点和对其真实性负责，不承担此类作品侵权行为的直接责任及连带责任。其他媒体、网站或个人从本网转载时，必须保留本网注明的作品第一来源，并自负版权等法律责任。
如涉及作品内容、版权等问题，请在作品发表之日起一周内与本网联系，否则视为放弃相关权利。

精品视频一区二区三区 XRD技术透视NMC 811高性能奥秘

免责声明

联系我们

关注我们