X射線衍射(X-ray diffraction，XRD)技術在鋰電行業應用極其廣泛，尤其對于正極材料物相的研究。XRD可用于測試和分析材料的晶體結構和物相組成，是一種強大的非破壞性測試。

X 射線衍射儀的結構

X射線衍射儀由X射線發生器、測角儀、樣品臺、檢測器、測量記錄系統、計算機系統等構成(如下圖所示)。總體可分為X射線發生系統、測角及探測系統、數據記錄與處理系統。

圖片來源：材料科學與工程技術公眾號

XRD 測試原理

X射線是一種頻率很高的電磁波，波長約為0.001nm~10nm。其穿透力很強，具有一定的輻射。X射線是由高速運動的電子流或其它高能輻射流(γ射線、中子流等)與其它物質發生碰撞時速度驟減，與該物質中的內層原子相互作用而產生的。

X射線衍射儀中靶材不同(原子序數不同，外層的電子排布也不同)，產生的特征X射線波長也不同。波長較長的靶材得到的衍射圖峰位沿2θ軸有規律地被拉伸;波長較短靶材得到的衍射圖峰位沿2θ軸有規律地被壓縮。但從衍射譜中獲得樣品面間距d值都是相同的。

因為不同晶體內部的原子排列方式是唯一的，因此對應的衍射花樣是唯一的，這也是可以進行物相分析的原因。衍射花樣中衍射峰的分布規律由晶胞的大小、形狀和位向決定。衍射峰強度是由原子的種類和它們在晶胞中的位置決定，但樣品的質量吸收系數與入射線的波長有關，因此同一樣品用不同耙材獲得的圖譜上的衍射峰強度也會不同。

要深入了解XRD的原理，還需清楚一個方程和一個公式：布拉格方程和謝樂公式(兩者的具體原理這里不再詳細解釋，可自行查找相關文獻)。

布拉格方程： X射線在晶體中產生衍射需要滿足的基本條件，其反映了衍射線方向和晶體結構之間的關系。公式：2dsinθ = nλ(θ為入射角，2θ為衍射角，d為晶面間距，n為衍射級數，λ為X射線波長)。

謝樂公式 ：用于描述晶粒尺寸與衍射峰半峰寬之間的關系。公式：D=Kλ / βcosθ(D為晶粒尺寸，β為實測衍射峰半峰高寬度，θ為衍射角，λ為X射線波長，K為Scherrer常數)。

X射線衍射圖譜三要素(圖片來源：張杰男，鋰電池研究中的X射線多晶衍射實驗與分析方法綜述)

XRD 測試條件

對于鋰電材料，常見的衍射條件為(可作為參考)：Cu靶，管電壓40kV，管電流30mA，衍射角度5°~80°(根據所測樣品材料而定)，掃描速度1°/min(不同的掃描速度對結果有一定影響)。

圖片來源：孫剛博士論文

XRD 數據分析

XRD數據分析軟件一般采用MDI Jade，該軟件的使用手冊可參考黃繼武老師編寫的《X射線衍射實驗操作指導》。

Rietveld 精修

Rietveld方法的一般性描述是：假定任何晶格面的衍射遍及整個倒易空間，并在倒易空間相互交疊。每個晶格面的衍射用一些數學函數描述，如高斯函數，所有這些函數的疊加就構成了衍射空間的圖形——衍射譜。基于Rietveld精修的原理誕生了多種分析軟件，其中，GASA軟件由于操作簡便、界面友好等優勢在粉末衍射數據精修領域應用廣泛。

附：參考文獻

孫剛，鋰離子電池富鋰正極材料的儲鋰機制及改性研究

楊幸明，兩種陶瓷材料高溫結構的原位X射線衍射研究

張杰男，鋰電池研究中的X射線多晶衍射實驗與分析方法綜述

黃繼武，李周，多晶材料X射線衍射 實驗原理、方法與應用