鈉離子電池作為鋰離子電池的重要補充和潛在替代品，因其資源豐富、成本低廉、安全性相對較高等優勢，受到了廣泛關注。然而，鈉電材料體系的發展仍面臨諸多關鍵難點。如何平衡容量和循環穩定性，如何解決生產成本和安全性的問題，都需要對材料結構進行研究，深入了解材料的構效關系。

X射線衍射（XRD）技術可以快速、無損地進行材料晶體結構表征。電池材料的晶型和純度通常直接與穩定性和容量相關，同樣雜質的種類也可能影響材料性能。可以通過XRD來進行晶型鑒定和雜相分析，來指導電池材料設計、優化工藝以及質量控制。此外，還可以進行晶粒尺寸、結晶度分析和晶胞參數、原子占位等計算，進一步推動電池材料的開發。

本文選擇了幾種目前產業化程度較高的鈉離子電池正極材料進行XRD測試，分別是層狀過渡金屬氧化物（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?）。

因為樣品中含有大量Mn、Fe等熒光元素，因此實驗選用了1Der能量分辨探測器測試，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射線衍射儀均可實現此功能。）本文使用Empyrean銳影衍射儀，配置了馬爾文帕納科獨特的BBHD入射光路模塊，與1Der探測器搭配使用可以實現全元素無熒光的效果，得到更高的數據質量。

下圖為兩個NaNi?/?Fe?/?Mn?/?O?（NFM）樣品的測試結果（圖2）。兩個樣品都含有少量雜質，如碳酸鈉、氧化鎳等，可能源于制備工藝或原料殘留。通過Rietveld精修可以進行定量分析并得到主相的晶胞參數（如圖2）。用LaB₆標樣校正儀器寬化，通過Scherrer公式計算兩個樣品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雜質較少、晶粒尺寸較小；NFM2雜質較多、晶粒尺寸較大。

圖2. 兩個層狀過渡金屬氧化物樣品的XRD圖譜及其物相組成和晶胞參數

測試了兩個焦磷酸鐵鈉（Na?Fe?(PO?)?P?O?）樣品（NFPP1、NFPP2）及一個硫酸鐵鈉（Na?Fe?(SO?)?）樣品（NFS）。兩個NFPP樣品都含有雜質，而NFS純度較高。通過Rietveld精修可以進行定量分析并得到主相的晶胞參數（如圖4）。用LaB6標樣校正儀器寬化，通過Scherrer公式計算樣品200（NFPP）和020（NFS）晶面方向的晶粒尺寸，結果見圖5。因此可知：NFPP1雜質較多、晶粒尺寸較大（99nm）；NFPP2雜質較少、晶粒尺寸較小（50nm）；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