CN109324030A - 一种锂离子电池负极用氧化亚硅-无定形碳复合材料的表征方法 - Google Patents

一种锂离子电池负极用氧化亚硅-无定形碳复合材料的表征方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种锂离子电池负极用氧化亚硅‑无定形碳复合材料的表征方法，通过拉曼光谱成像表征方法，实现对大面积氧化亚硅‑无定形碳复合材料的表征，通过对拉曼光谱成像图片的数据分析对比，可以快速评估氧化亚硅‑无定形碳复合材料中氧化亚硅表面无定形碳的包覆的均匀性。

Description

一种锂离子电池负极用氧化亚硅-无定形碳复合材料的表征 方法
技术领域
本发明涉及锂离子电池负极用氧化亚硅-无定形碳复合材料领域，具体是一种锂离子电池负极用氧化亚硅-无定形碳复合材料的表征方法。
背景技术
硅及含硅材料以其高达4200mAh/g的理论比容量，被认为是一种很有前途的负极材料，氧化亚硅的容量虽然没有纯硅负极容量高，但Si-O键的强度是Si-Si键强度的2倍，且首周反应过程中形成的Li2O化合物也对体积膨胀具有缓冲作用，因此其循环性能远比硅优越，因此吸引众多研究者的关注。
目前韩国和日本材料厂商已经推出了商业化的氧化亚硅复合负极材料。这些材料一般都进行了碳包覆，这一方面改善了材料的导电性，同时也避免了氧化亚硅材料直接和电解液接触，改善了材料的循环性能。但是不同厂家生产的碳包覆氧化亚硅性能区别很大，其中主要原因就是碳包覆均匀性不同。目前对材料表面无定形碳包覆情况的评价，宏观方面主要是通过测材料中碳元素的含量来衡量包覆情况，微观方面通过透射电镜对材料进行表征，但是这两种方法都有局限性，测量材料中碳元素含量只能判断材料中无定形碳的量但并不能评价包覆的均匀；利用透射电镜对材料进行表征可以精确观察材料的包覆情况以及测量包覆层的厚度，但是成本较高而且测试结果不具有代表性。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种锂离子电池负极用氧化亚硅-无定形碳复合材料的表征方法，通过拉曼光谱成像表征方法，评价氧化亚硅-无定形碳复合材料中氧化亚硅表面无定形碳的包覆均匀性。
本发明的技术方案为：
一种锂离子电池负极用氧化亚硅-无定形碳复合材料的表征方法，具体包括有以下步骤：
（1）、首先将适量的氧化亚硅-无定形碳复合材料粉体置于表面平整的玻璃片上，然后用另一表面平整的玻璃片压平并压实；
（2）、将步骤（1）玻璃片内的氧化亚硅-无定形碳复合材料粉体一并置于拉曼仪器样品台上，通过获取拉曼单光谱，筛选出两组仅激光波长不同的测试条件，用于大面积拉曼光谱成像的获取；
（3）、将步骤（2）中的两组测试条件应用于大面积拉曼成像光谱的获取；
（4）、将步骤（3）中的拉曼成像光谱进行数据处理，采用夹峰法分别对光谱中的SiO峰与碳G峰比值进行成像，通过对比两组测试条件下SiO峰与碳G峰比值的分布情况来评价氧化亚硅-无定形碳复合材料中氧化亚硅表面无定形碳包覆的均匀性。
所述的氧化亚硅-碳复合材料拉曼单光谱图会出现两个至三个特征峰，分别为拉曼位移在482cm-1附近的SiO峰、拉曼位移在1350cm-1附近的碳D峰和拉曼位移在1580cm-1附近的碳G峰，其中碳D峰和碳G峰代表无定性碳包覆层。
所述的步骤（3）大面积拉曼成像光谱即成像范围为-80~80微米×-80~80微米的矩形区域内的拉曼成像光谱。
所述的评价氧化亚硅-无定形碳复合材料中氧化亚硅表面无定形碳包覆均匀性的方法具体为：采用夹峰法分别对光谱中的SiO峰与碳G峰比值进行成像，在两组测试条件下得到的SiO峰与碳G峰的比值拉曼成像图片中，当黑白色分布较为均匀，表明在同一测试区域内不同深度下，无定形碳包覆均匀性均良好。
本发明的优点：
本发明通过拉曼光谱成像表征方法，实现对大面积氧化亚硅-无定形碳复合材料的表征，通过对拉曼光谱成像图片的数据分析对比，可以快速评估氧化亚硅-无定形碳复合材料中氧化亚硅表面无定形碳的包覆的均匀性。拉曼光谱（Raman spectra）是一种散射光谱，拉曼光谱分析法是对与入射光频率不同的散射光谱进行分析以得到分子振动、转动方面信息，并应用于分子结构研究的一种分析方法。拉曼光谱分析法具有快速、高灵敏性、指纹识别的检测特性，并且在入射光波长不同时对样品的穿透深度也有差别，因此拉曼光谱分析法可以直观的区分不同穿透深度下氧化亚硅-无定形碳复合材料中包覆均匀与否，另一方面拉曼光谱入射光是通过光学显微镜进行聚焦，因此拥有比电镜大得多的表征面积。因此拉曼光谱分析法可以准确的检测氧化亚硅-无定形碳复合材料中氧化亚硅表面无定形碳包覆的均匀性，在大面积表征氧化亚硅-无定形碳复合材料方面相比其他表征方法具有很大的优势。
综上所述，本发明操作简单、快捷，在此类粉料的快速品质评估方面具有潜在的应用前景。
附图说明
图1是本发明在测试条件①的单点谱图;
图2是本发明在测试条件②下与测试条件①同一点的单点谱图;
图3是本发明在测试条件①下方形区域内SiO峰与碳G峰的比值拉曼成像图片;
图4是本发明在测试条件②下与测试条件①同一方形区域内SiO峰与碳G峰的比值拉曼成像图片。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种锂离子电池负极用氧化亚硅-无定形碳复合材料的表征方法，具体包括有以下步骤：
（1）、首先将适量的氧化亚硅-无定形碳复合材料粉体置于表面平整的玻璃片上，然后用另一表面平整的玻璃片压平并压实；其中，氧化亚硅-碳复合材料拉曼单光谱图会出现两个至三个特征峰，分别为拉曼位移在482cm-1附近的SiO峰、拉曼位移在1350cm-1附近的碳D峰和拉曼位移在1580cm-1附近的碳G峰，其中碳D峰和碳G峰代表无定性碳包覆层
（2）、将步骤（1）玻璃片内的氧化亚硅-无定形碳复合材料粉体一并置于拉曼仪器样品台上，通过获取拉曼单光谱，筛选出两组仅激光波长不同的测试条件①和②，用于大面积拉曼光谱成像的获取；其中，测试条件①：50倍物镜、共焦针孔199、光栅600（500nm）、取谱中心为1150cm-1、积分时间10s、累计次数1次，激光器为532nm；测试条件②：50倍物镜、共焦针孔199、光栅600（500nm）、取谱范围280-1900cm-1、积分时间10s、累计次数1次，激光器为633nm；
（3）、将步骤（2）中测试条件①和②分别用于粉体的拉曼光谱成像的获取，测试前选取测试范围（成像范围为160微米×160微米的矩形区域），取点间隔（步长）X方向为4微米，Y方向取点间隔也为4微米，然后在设置完毕获取大面积拉曼成像光谱；
（4）、大面积拉曼成像光谱获取完毕，扣除所有光谱中的背景，然后采用夹峰法分别对光谱中的SiO峰（夹峰范围300~544cm-1）与碳G峰（夹峰范围1480~1693cm-1）的比值进行成像；
（5）、数据分析： 氧化亚硅-无定形碳复合材料的拉曼图谱中一般有3个峰：SiO峰拉曼位移在482cm-1左右的SiO峰，拉曼位移在1350cm-1左右的碳D峰、拉曼位移在1590cm-1左右的碳G峰，其中碳D峰和碳G峰代表无定性碳包覆层。
见图1和图2分别为在测试条件①和测试条件②下同一点的最佳单点谱图，并使用这两个测试条件用于拉曼成像测试。
见图3和图4，,在测试条件①下 SiO峰与碳G峰的比值小于在测试条件②下的结果，测试条件②633nm激光照射下，白色区域较多，这是由于穿透深度不同的结果。使用532nm和633nm两种激光测得结果显示，黑白色分布较为均匀，表明在同一测试区域内不同深度下，无定形碳包覆均匀性均良好。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种锂离子电池负极用氧化亚硅-无定形碳复合材料的表征方法，其特征在于：具体包括有以下步骤：
（1）、首先将适量的氧化亚硅-无定形碳复合材料粉体置于表面平整的玻璃片上，然后用另一表面平整的玻璃片压平并压实；
（2）、将步骤（1）玻璃片内的氧化亚硅-无定形碳复合材料粉体一并置于拉曼仪器样品台上，通过获取拉曼单光谱，筛选出两组仅激光波长不同的测试条件，用于大面积拉曼光谱成像的获取；
（3）、将步骤（2）中的两组测试条件应用于大面积拉曼成像光谱的获取；
（4）、将步骤（3）中的拉曼成像光谱进行数据处理，采用夹峰法分别对光谱中的SiO峰与碳G峰比值进行成像，通过对比两组测试条件下SiO峰与碳G峰比值的分布情况来评价氧化亚硅-无定形碳复合材料中氧化亚硅表面无定形碳包覆的均匀性。
2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池负极用氧化亚硅-无定形碳复合材料的表征方法，其特征在于：所述的氧化亚硅-碳复合材料拉曼单光谱图会出现两个至三个特征峰，分别为拉曼位移在482cm-1附近的SiO峰、拉曼位移在1350cm-1附近的碳D峰和拉曼位移在1580cm-1附近的碳G峰，其中碳D峰和碳G峰代表无定性碳包覆层。
3.根据权利要求1所述的一种锂离子电池负极用氧化亚硅-无定形碳复合材料的表征方法，其特征在于：所述的步骤（3）大面积拉曼成像光谱即成像范围为-80~80微米×-80~80微米的矩形区域内的拉曼成像光谱。
4.根据权利要求1所述的一种锂离子电池负极用氧化亚硅-无定形碳复合材料的表征方法，其特征在于：所述的评价氧化亚硅-无定形碳复合材料中氧化亚硅表面无定形碳包覆均匀性的方法具体为：采用夹峰法分别对光谱中的SiO峰与碳G峰比值进行成像，在两组测试条件下得到的SiO峰与碳G峰的比值拉曼成像图片中，当黑白色分布较为均匀，表明在同一测试区域内不同深度下，无定形碳包覆均匀性均良好。
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