XRD案例分析VIP

郑州大学 XRD案例分析 姓名; 学院：班级： 专业： 学号：XRD案例分析摘要 XRD衍射分析评估锂镍镁氧化合物的合成。 锂离子电池，又被称作“摇椅电池”，具有体积小、质轻的特点；理论容量高达274mAh/g的正极材料LiNiO2极受研究关注，以镁掺杂锂镍氧化物，能有效提高充放电循环稳定性，并于Li+脱嵌时提供支柱作用，因之少量掺镁可有效改进LiNiO2之电化学性能。本实验以XRD依据，探讨在不同煅烧温度、煅烧时间、升温速率、试样压片的压强大小、气氛等变数条件所合成之锂镍镁氧化物LiNi0。95Mg0.05O2。关键词：锂离子电池；X射线衍射；锂镍镁氧化合物 锂离子电池现正作为驱动电源大量用于便携式笔记本电脑、蜂窝电话、数码相机、蓝牙通讯电器等移动电子器件与设备(包括野战通讯设备)上，在电动汽车、微小卫星用电源上也表现出巨大的竞争潜力。目前正极研究主要集中在对锂电位较高的过渡金属氧化物上。钴是一种战备物资，全世界储量不高，价格昂贵，LiCoO2又具有毒性。同样具有岩盐层状结构、理论容量高达274mAh/g的LiNiO2因此受到了各国研究人员的极大关注，视为LiCoO2的取代品，但其主要缺点为：(1)难以合成计量比之LiNiO2。(2)充放电时锂镍氧化物的结构不稳导致容量迅速衰减。(3)Ni3+ 或Ni4+的氧化态不稳造成镍的热不稳定性。正极研究主要集中在对锂电位较高的过渡金属氧化物上。法国学者发现以镁掺杂锂镍氧化物，充电时Mg2+离子虽然如同Ni3+能进入Li+的3b位置，但因Mg2+的不活泼电化学性质和尺寸大小与Li+的相近，能有效提高充放电循环稳定性，并于Li+脱嵌时提供支柱作用，因之少量掺镁可有效改进LiNiO2之电化学性能。XRD衍射分析I(003)/I(104) 峰比值大，象征3a位置正离子Ni3+与3b位置正离子Li+混杂少、R factor I(006)+I(102)/I(101) 峰比值小意义为层状结构排列有序，都有利锂离子电池容量提高和循环性能良好，(108)与(110)的峰分裂也是电化学性能好的表征，基于此本实验以XRD分析不同参数所合成的锂镍镁氧化物，期望找出适当的合成条件。实验 实验以分析纯氢氧化锂、碱式碳酸镍、氢氧化镁为原料，按化学计量比配好后，经球磨混粉、试样压片、预烧、粉碎试样、压片、煅烧等制造程序，得到完成之试样，再粉碎后以XRD进行衍射分析依据I(003)/I(104) 峰比值、R-factor (I(006)+I(102)/I(101) 峰比值、(108)与(110)的峰分裂，探讨在不同煅烧温度、煅烧时间、升温速率、试样压片的压强大小、气氛等变数条件所合成之锂镍镁氧化物LiNi0.95Mg0.05O2。 实验结果与分析图1为以250MPa压强压粉末，通氧，经6009h预烧升温速率2/min，750煅烧20h升温速率2/min升至600后以1/min升至750，所得之锂镍镁氧化物的XRD衍射图，图中括号内数字标明其结晶面指数I(003)/I(104) =1.09，R factor= 0.70、有(108) 与(110)的峰分裂。图2比较预烧时通氧及不通氧的差异粉末压强250MPa升温制度为650预烧6h，再以750煅烧20h，其中升温速率均为5/min，上衍射峰通氧I(003)/I(104) 峰比值0.77、RfactorI(006)+I(102)/I(101) 峰比值1.16。不通氧的下衍射峰I(003)/I(104) =0.70，R factor =1.26显示通氧效果较好。图3比较不同煅烧时间粉末压强250MPa升温速率同图1，均通氧，预烧温度600，衍射峰由上至下煅烧时间分别为9h I(003)/I(104) =1.09，R factor =0.70、有(108)与(110)的峰分裂，15h I(003)/I(104) 1.06，R factor 0.89、有I(108)与I(110)的峰分裂，20hI(003)/I(104) 0.93，R factor1.08，无(108)与(110)的峰分裂，煅烧温度及时间同图1，可见适当的煅烧温度及时间较佳，有(108)与(110)的峰分裂。 图4比较不同升温速率粉末压片压强250MPa，俩个衍射峰都在通氧气氛预烧及煅烧时间和温度均为600，15h及750，20h，上衍射峰升温速率同图1，I(003)/I(104) =1.09，R factor= 0.7、有I(108)与I(110)的峰分裂，下衍射峰升温速率为5/min，I(003)/I(104) =0.48，R factor= 2.29、无(108)与(110)的峰分裂，显见升温速率慢有利锂镍镁氧化物的合成。图5比较对粉末施以不同压强上衍射峰压强250MPa峰强度值及分裂同图4的上衍射峰，下衍射峰压强150MPa，I(003)/I(104) =0.94，R factor =1.08、无(108)与(110)的峰分裂，升温速率、气氛、预烧及煅烧时间和温度同图4的上衍射峰，所以压强大能促进固相合成。 结论 发现以210280 MPa对试样压片，在氧气气氛下经2/min升温速率升温至600，预烧915h后，再粉碎、压片以5/min升温至600之后以1/min升温至750恒温1520h可得I(003)/I(104) 峰比值11.1，R-factor (I(006)+I(102)/I(101) 峰比值0.670