XPS怎么樣測(cè)定鋰離子電池的元素化學(xué)態(tài)及含量

電池正極組裝是將磷酸鐵鋰(LiFePO4)、聚偏氟乙烯(PVDF)、導(dǎo)電劑炭黑及溶劑N-甲基吡咯烷酮(NMP)按照一定比例混合后，涂敷在鋁箔上組成鋰電池正極。在電池充放電研究過程中正極中Fe元素組成和化學(xué)態(tài)分析是研究的重點(diǎn)之一，XPS是這一過程研究常用的表征方法。但是，如圖1所示，在XPS表征中由于PVDF中F元素的F1s損失峰會(huì)與磷酸鐵鋰的Fe2p譜峰產(chǎn)生譜峰重疊，因此在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí)不能觀察到明顯的Fe2p譜峰，無法進(jìn)行鐵元素化學(xué)態(tài)的判定與定量分析。針對(duì)這一問題，Avantage軟件獨(dú)有的NLLSF擬合功能能很好的解決這一問題。

選擇ESCALAB Xi+光電子能譜儀進(jìn)行測(cè)試，儀器外觀見圖2。為消除樣品荷電效應(yīng)開啟標(biāo)準(zhǔn)模式的中和槍。測(cè)試時(shí)使用單色化X射線源，500微米束斑。

4.1 PVDF及LiFePO4數(shù)據(jù)采集

對(duì)PVDF及LiFePO4樣品代表性點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集(如圖3所示)，發(fā)現(xiàn)PVDF樣品F元素的F1s能量損失峰在700-740eV之間，且譜峰較寬，峰形不規(guī)則(如圖b所示)；由譜圖(a)可看到LiFePO4樣品的Fe2p譜峰有特定的峰形形狀；其峰形明顯有別圖4中金屬態(tài)Fe2O3(a)及Fe(b)。

4.2 數(shù)據(jù)分析

在采集參考樣品的前提下，利用Avantage軟件特有的NLLSF功能對(duì)組裝電池正極樣品Fe2p譜峰進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)通過NLLSF擬合可將樣品中F1s能量損失峰的貢獻(xiàn)去掉，同時(shí)能明顯分辨出Fe元素正好處于LiFePO4的化學(xué)態(tài)，從而可進(jìn)行更加準(zhǔn)確地定量(如圖5所示)。

本案例在對(duì)鋰電池正極的分析過程中，面對(duì)Fe元素復(fù)雜譜峰重疊的情況，NLLSF擬合功能很好的解決Fe元素的分析問題，為鋰電池材料的表征分析提供一個(gè)新的解決方案，從而為廣大鋰電科研工作者提供更加真實(shí)的樣品結(jié)構(gòu)組成數(shù)據(jù)，為鋰電池研究提供更加真實(shí)客觀的指導(dǎo)，助力鋰電池行業(yè)的發(fā)展。