【XRF】XRF在高能量鋰電池矽碳負極材料的應用
電動車市場的蓬勃發展，高效能鋰電池的研究與發展成為市場兵家必爭之地，負極材料市場的需求更是逐年快速增加。目前負極材料以人造石墨及天然石墨為主，幾乎佔據了整個負極市場；然而，當著名汽車廠商TESLA於2016年推出的Model3，使用的松下20700高性能電池，電芯負極材料採用的卻是矽碳負極材料，其時速從0到100公里加速僅需5.1秒，續航里程達到310公里，可見矽碳負極應用於車用動力電池上，其應用前景不容小覷。
矽在製作鋰電池的限制
矽，是目前已知比容量最高的鋰離子負極材料，可以達到4200mAh/g，遠超石墨負極理論比容量372mAh/g的10倍以上，但是為什麼一直沒有得到廣泛應用呢？矽基材料的問題在於充電後體積會膨脹到原來的300％，形成矽鋰合金，放電時鋰離子從晶格間脫出，又形成了很大的間隙，而體積膨脹將造成顆粒粉化（圖一），這樣的體積效應極易造成矽負極材料從集流體上剝離下來，導致極片露箔，引起電化學腐蝕和短路等現象，影響電池的安全性和使用壽命。
矽在鋰電池製作上的優化方式有哪些？
因此，矽用於鋰電池負極材料的研發上，必須改善及減緩體積變化後所造成的連續失效效應，有哪些工藝可以對矽進行改性優化呢？常見的兩類方法有：一是在材料結構中預留足夠的空間；其次是將矽或氧化矽材料與高導電性碳材做複合，而矽碳複合材料便是一種研究較多的負極材料。松下的20700高性能電池，其負極材料即是在人造石墨中加入10％的矽基材料，形成矽碳複合材料，提升電池能量密度至550mAh/g，能增加電動車的續航力以及爆發力。
XRF於矽檢測上的應用
在矽（Si）的成分含量檢測上，一般常見的做法是採用原子吸收光譜儀（AA）或者是感應耦合電漿光譜儀（ICP）進行元素含量的分析，而在分析矽含量前必須先將樣品用高腐蝕性的氫氟酸（HF）進行強酸消化前處理，由於矽不容易消化完全，非常不容易處理，經常會造成分析時的誤差，更因為使用的是高腐蝕性的氫氟酸，在進行分析時必須非常謹慎，因此，在安全性及準確性的考量上，能散式XRF（ED-XRF）非破壞、快速、可靠度高的特性，加上沒有波散式XRF（WD-XRF）樣品必須前處理以及高儀器購置成本的缺點，能散式XRF漸漸為業者所採用，作為監測矽碳負極材料成分的管控工具。
矽碳負極材料是未來鋰電池負極材料最具應用潛力的明日之星，可見矽碳負極材料的市場容量有多大，這也解釋了目前為何有眾多企業和研究單位都已積極投入布局矽碳負極材料開發搶市場先機。建議您在開發階段即可導入能散式XRF做為品管工具，嘉富億所代理的日立Hitachi EA1200VX具有：
- 高靈敏高精度的快速分析
- 加強輕元素的檢測能力
- 優異的操作功能
- 功能齊全的軟體
- 不需破壞樣品
綜合以上特點，EA1200VX絕對是您進行矽碳負極材料品質管制的最佳利器！
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