Thermo Fisher ARL X’TRA Companion – phân tích độ graphit hóa của cực âm pin lithium-ion

Tầm quan trọng của độ graphit hóa trong pin lithium-ion

Graphite là vật liệu cực âm phổ biến nhất trong pin lithium-ion nhờ khả năng lưu trữ ion Li tốt, ổn định và giá thành hợp lý. Tuy nhiên, để tối ưu hiệu suất, vật liệu graphite cần có độ kết tinh cao, tức là mức độ “graphit hóa” càng lớn càng tốt. Độ graphit hóa không chỉ ảnh hưởng đến dung lượng, tốc độ sạc/xả mà còn quyết định tuổi thọ của cell pin.

Do đó, việc xác định chính xác khoảng cách d002 giữa các lớp graphite là một chỉ số quan trọng, phản ánh mức độ graphit hóa và được sử dụng rộng rãi trong kiểm soát chất lượng nguyên liệu cũng như nghiên cứu vật liệu mới.

Giải pháp đo nhanh và chính xác bằng XRD

Hệ thống ARL™ X’TRA Companion XRD là thiết bị nhiễu xạ tia X để bàn hiệu năng cao, sử dụng cấu hình θ/θ goniometer bán kính 160 mm, kết hợp với nguồn phát Cu công suất 600 W và đầu dò SSD độ phân giải cao (55 µm pitch). Thiết bị được thiết kế để:

• Đo phản xạ (002) của graphite với độ chính xác cao.

• Tự động tinh chỉnh khoảng d002 và tính toán độ graphit hóa theo chuẩn quốc gia GB/T 24522-2019.

• Tích hợp phần mềm SolstiX™ Pronto, cho phép phân tích tự động với giao diện thân thiện người dùng.

Chỉ trong vòng vài phút, hệ thống cung cấp đầy đủ dữ liệu cần thiết để đánh giá chất lượng graphite – tiết kiệm thời gian so với các kỹ thuật quang phổ hoặc hiển vi khác.

Thiết lập thí nghiệm và kết quả điển hình

Trong ứng dụng điển hình được trình bày, một mẫu cực âm graphite thương mại được chuẩn bị bằng cách trộn với silicon theo tỉ lệ 2:1, dùng silicon làm chuẩn nội để hiệu chỉnh vị trí và giảm sai số. Mẫu được đặt trên holder nền zero và quay nhẹ trong suốt quá trình đo để đồng nhất kết quả.

Phép đo được thực hiện bằng thiết bị ARL™ X’TRA Companion sử dụng tia X Cu Kα, thu phổ trong vòng 10 phút. Kết quả phân tích cho thấy:

• Khoảng cách lớp d002 của graphite đo được là 3.3571 Å.

• Áp dụng công thức tính độ graphit hóa theo GB/T 24522-2019:
  g = (3.4400 – d002) / (3.4400 – 3.3540)
  Kết quả: g = 96.396%.

Giá trị này cho thấy vật liệu graphite có chất lượng rất cao, phù hợp để sử dụng trong các dòng pin yêu cầu mật độ năng lượng lớn và hiệu suất sạc cao.

Lợi ích và ứng dụng thực tiễn

Thiết bị ARL™ X’TRA Companion không chỉ phù hợp với các trung tâm nghiên cứu phát triển vật liệu, mà còn là công cụ hữu ích trong kiểm soát chất lượng trong sản xuất công nghiệp.

Ứng dụng cụ thể

• Đo độ graphit hóa của vật liệu đầu vào trong sản xuất pin.
• Phân tích so sánh giữa graphite tự nhiên và tổng hợp.
• Theo dõi sự thay đổi cấu trúc carbon khi pha trộn với các chất như silicon, graphene,…
• Tối ưu hóa quy trình nhiệt luyện (graphit hóa) trong sản xuất.

Lợi ích:

• Tiết kiệm thời gian đo và phân tích.
• Đảm bảo độ tin cậy và tính lặp lại cao.
• Tương thích với tiêu chuẩn quốc tế, dễ dàng báo cáo và đối chiếu.

Ưu điểm của hệ thống ARL X’TRA Companion XRD

• Thiết kế để bàn – phù hợp với mọi không gian phòng lab.

• Đầu dò SSD độ phân giải cao – cho phép phát hiện peak sắc nét và tính toán chính xác.

• Phần mềm SolstiX™ Pronto tự động hóa – giúp ngay cả người không chuyên cũng có thể vận hành.

• Tuân thủ tiêu chuẩn GB/T 24522-2019 – dễ áp dụng cho báo cáo chất lượng quốc tế.

• Giao diện kết nối LIMS – dễ tích hợp vào hệ thống quản lý phòng lab hiện đại.

ARL™ X’TRA Companion XRD là công cụ phân tích tối ưu cho các đơn vị sản xuất và nghiên cứu liên quan đến vật liệu pin lithium-ion. Việc kiểm soát độ graphit hóa thông qua nhiễu xạ tia X không chỉ giúp cải thiện chất lượng sản phẩm, mà còn tiết kiệm chi phí và thời gian so với các phương pháp truyền thống. Với thiết kế thân thiện, hiệu suất cao và phần mềm thông minh, đây là lựa chọn xứng đáng cho bất kỳ phòng lab hiện đại nào.

Để biết thêm thông tin chi tiết về các thiết bị phân tích nhiễu xạ tia X từ Thermo Fisher Scientific, vui lòng liên hệ chúng tôi.