这是该锂电知识必备系列文章的第13篇，欢迎大家可以持续关注。
工作原理
X射线光电子能谱技术（X-ray photoelectron spectroscopy，XPS）是一种重要的材料表面成分等信息的分析技术。XPS技术通过采用一定能量的X射线照射样品表面，和待测样品的表面原子发生作用，测量样品表层中原子的内层电子或价电子束缚能及其化学位移，从而获得元素种类、原子的结合状态以及电荷分布状态等信息。（杨文超，X射线光电子能谱应用综述）
样品受X射线激发后光电子的发射过程如下图所示，入射的X射线与K层电子相互作用，使K层电子受激发后脱离原子的束缚发射出去。该过程可用公式hʋ=Ek+Eb+Er表示，hʋ为X射线的能量，Ek为光电子能量，Eb为电子的结合能，Er为原子的反冲能量（Er极小，可忽略）。由于不同原子同一层的电子束缚能不同，因此，可通过Eb来鉴定元素。
当原子周围的化学环境发生变化时，内层电子的结合能也会跟着发生变化，这种内层电子结合能随化学环境变化的现象称为化学位移。XPS可以测试化学位移，因此也就可以得出样品表面元素所处的化学状态。
图片来源：张素伟，X射线光电子能谱技术在材料表面分析中的应用
XPS技术特点
XPS技术具有灵敏度高、分辨率高、元素分析全（除H和He）、为非破坏性分析、深度剖析、小于10 nm薄膜分析（角分辨）、元素化学态分布（XPS成像技术）等特点。
可定性分析，根据所测得谱的位置和形状来得到有关样品的组分、化学态、表面吸附、表面价电子结构、原子和分子的化学结构、化学键合情况等信息。
可定量分析，以能谱中各峰强度的比值为基础进行分析，把所测到的信号强度转变成元素的含量，即将谱峰面积转变成相应元素的含量。
可深度剖析，由于样品本身的层状结构如氧化、钝化等原因导致样品在深度方向上化学状态的不同。通过利用氩离子枪对样品表面进行氩离子溅射剥离，控制合适的溅射强度及溅射时间，将样品表面刻蚀一定深度，然后进行取谱分析。
可角分辨电子能谱分析，改变样品表面与入射光束间的角度，即可改变入射光的检测深度，使得检测深度变浅，这样来自最表层的光电子信号相对较深层的会大大增强。利用这一特性，可以对超薄样品膜表面的化学信息进行有效地检测，从而研究超薄样品化学成分的纵向分布。（张素伟，X射线光电子能谱技术在材料表面分析中的应用）
XPS在锂电中的应用
图片来源：汤事成，富锂锰基正极材料Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2的制备及表面改性研究
如上图b,c,d所示，分别显示了LRM（活性物质中无葡萄糖）和LRM-2（葡萄糖与活性物质比例为10%）的Ni 2p、Co 2p、Mn 2p的XPS图谱。葡萄糖糖修饰前后样品表面元素含量存在明显区别，LRM-2样品表面上Mn浓度显著增加，说明葡萄糖处理后样品表面存在锰富集的现象。851 eV和858 eV之间的能谱可分为Ni2+和Ni3+峰。由于Mn的2p结合能分裂多次，较难分析Mn的价态，采用Mn2p3/2峰的光谱进行了分析，其光谱在640 eV和645 eV之间。LRM的Mn2p3/2峰明显小于葡萄糖处理后LRM-2的峰，LRM-2中Mn2p裂解峰Mn3+和Mn4+大于LRM，说明葡萄糖处理后样品LRM-2中Mn3+、Mn4+含量更高。（汤事成，富锂锰基正极材料Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2的制备及表面改性研究）
附：参考文献
[1]杨文超，X射线光电子能谱应用综述
[2]张素伟，X射线光电子能谱技术在材料表面分析中的应用
[3]余锦涛，X射线光电子能谱在材料表面研究中的应用
[4]汤事成，富锂锰基正极材料Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2的制备及表面改性研究
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