鈉離子電池作為鋰離子電池的重要補(bǔ)充和潛在替代品，因其資源豐富、成本低廉、安全性相對(duì)較高等優(yōu)勢(shì)，受到了廣泛關(guān)注。然而，鈉電材料體系的發(fā)展仍面臨諸多關(guān)鍵難點(diǎn)。如何平衡容量和循環(huán)穩(wěn)定性，如何解決生產(chǎn)成本和安全性的問(wèn)題，都需要對(duì)材料結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，深入了解材料的構(gòu)效關(guān)系。

X射線衍射（XRD）技術(shù)可以快速、無(wú)損地進(jìn)行材料晶體結(jié)構(gòu)表征。電池材料的晶型和純度通常直接與穩(wěn)定性和容量相關(guān)，同樣雜質(zhì)的種類(lèi)也可能影響材料性能?？梢酝ㄟ^(guò)XRD來(lái)進(jìn)行晶型鑒定和雜相分析，來(lái)指導(dǎo)電池材料設(shè)計(jì)、優(yōu)化工藝以及質(zhì)量控制。此外，還可以進(jìn)行晶粒尺寸、結(jié)晶度分析和晶胞參數(shù)、原子占位等計(jì)算，進(jìn)一步推動(dòng)電池材料的開(kāi)發(fā)。

本文選擇了幾種目前產(chǎn)業(yè)化程度較高的鈉離子電池正極材料進(jìn)行XRD測(cè)試，分別是層狀過(guò)渡金屬氧化物（NaNi?/?Fe?/?Mn?/?O?）和聚陰離子化合物硫酸鐵鈉（Na?Fe?(SO?)?）、焦磷酸鐵鈉（Na?Fe?(PO?)?P?O?）。

因?yàn)闃悠分泻写罅縈n、Fe等熒光元素，因此實(shí)驗(yàn)選用了1Der能量分辨探測(cè)器測(cè)試，以消除熒光干擾。（在馬爾文帕納科的Empyrean銳影衍射儀和Aeris緊湊型X射線衍射儀均可實(shí)現(xiàn)此功能。）本文使用Empyrean銳影衍射儀，配置了馬爾文帕納科獨(dú)特的BBHD入射光路模塊，與1Der探測(cè)器搭配使用可以實(shí)現(xiàn)全元素?zé)o熒光的效果，得到更高的數(shù)據(jù)質(zhì)量。

下圖為兩個(gè)NaNi?/?Fe?/?Mn?/?O?（NFM）樣品的測(cè)試結(jié)果（圖2）。兩個(gè)樣品都含有少量雜質(zhì)，如碳酸鈉、氧化鎳等，可能源于制備工藝或原料殘留。通過(guò)Rietveld精修可以進(jìn)行定量分析并得到主相的晶胞參數(shù)（如圖2）。用LaB₆標(biāo)樣校正儀器寬化，通過(guò)Scherrer公式計(jì)算兩個(gè)樣品003晶面方向的晶粒尺寸，分別為45 nm和180 nm（圖3）。由此可知：NFM1雜質(zhì)較少、晶粒尺寸較??；NFM2雜質(zhì)較多、晶粒尺寸較大。

圖2. 兩個(gè)層狀過(guò)渡金屬氧化物樣品的XRD圖譜及其物相組成和晶胞參數(shù)

測(cè)試了兩個(gè)焦磷酸鐵鈉（Na?Fe?(PO?)?P?O?）樣品（NFPP1、NFPP2）及一個(gè)硫酸鐵鈉（Na?Fe?(SO?)?）樣品（NFS）。兩個(gè)NFPP樣品都含有雜質(zhì)，而NFS純度較高。通過(guò)Rietveld精修可以進(jìn)行定量分析并得到主相的晶胞參數(shù)（如圖4）。用LaB6標(biāo)樣校正儀器寬化，通過(guò)Scherrer公式計(jì)算樣品200（NFPP）和020（NFS）晶面方向的晶粒尺寸，結(jié)果見(jiàn)圖5。因此可知：NFPP1雜質(zhì)較多、晶粒尺寸較大（99nm）；NFPP2雜質(zhì)較少、晶粒尺寸較?。?0nm）；NFS純度較高，且晶粒尺寸較大（146nm）。

圖4 聚陰離子樣品的XRD圖譜及其物相組成和晶胞參數(shù)