应用分享 | AZtecBattery分析三元正极材料中过渡金属元素的配比均匀性

正极材料是锂离子电池中成本最高、对性能影响最大的组成部分，也是整个锂电原材料行业投入最大、竞争最激烈的领域。市面上常见的正极材料有钴酸锂（LiCoO₂）、锰酸锂（LiMn₂O₄）、磷酸铁锂（LiFePO₄）和三元正极材料。三元正极材料是一种复合正极材料，主要有镍钴铝酸锂（NCA，LiNi_xCo_yAl_1-x-yO₂）和镍钴锰酸锂（NCM, LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂），综合性能优异，极有发展前景。

研究表明，三元正极材料的结构和电化学性能等特征随着过渡金属的比例变化而不同，比如常见的NCM中Ni、Co、Mn的原子比有111、523、622、811等之分。正极材料中过渡金属的比例直接影响电池的容量、循环性能和安全性能。在锂离子电池的设计和生产过程中，需要严格控制过渡金属的比例，以达到成分设计的要求。

目前，三元正极材料的主流制造工艺是采用共沉淀方法合成三元前驱体，然后采用高温固相烧结生成最终产品。每个颗粒中过渡金属的比例均匀性受到整个工艺流程中各个因素的影响。三元材料成品指标中过渡金属含量主要通过化学分析法检测。该方法测定过程复杂，对操作人员的经验要求高。化学分析法测定需要先将正极材料溶解，在每个颗粒中过渡金属的比例信息也随之被消解。为获取每个三元正极颗粒中过渡金属的配比信息，笔者采用配置AZtecBattery自动颗粒物检测功能的牛津仪器能谱仪对NCM颗粒进行分析。

图1 NCM颗粒和碳浆混合、离子束抛光后的形貌

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