理学锂离子电池原位测试附件

2024-11-01 18:33:50 理学中国


关于锂电池的研发|

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电池:当然离不开理学XRD

伴随全球碳中和目标的持续推进,能源结构不断优化的背景,锂电池的发展进一步增速中,据行业相关分析报告数据显示出23-26年复合增长率达到18.8%的强劲势头,众所周知,锂电池的技术革新是推动行业发展的关键因素。

当前,固态电池、高压快充、硅负极等新技术的产业化进展正在加速。固态电池以其高能量密度和高安全性的特点,被视为锂电池未来的发展方向。高压快充技术则能够显著缩短电动汽车的充电时间,提升用户体验。硅负极材料的应用则有望进一步提升电池的能量密度和循环寿命。

理学面对行业机遇,不断寻找新的发展契机,在锂电池的研发不断给出解决方案。下面让我们以原位电池测试为例,来进入理学锂电池测试应用主题。

首先,什么是原位充放电测试呢?

理学XRD原位充放电测试

「READING」

理学XRD设备可以通过如下附件,达成对于电池的原位充放电过程测试

如何将原位测试应用呢?

前面我们向大家介绍了什么是原位测试,下面我们将通过两个应用实例,来看看原位测试在锂电池上如何达成应用。

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充放电过程中锂离子电池正极材料的结构变化

导言

为了延长锂离子电池的使用寿命,控制充放电过程中的状态非常重要。为此,只观察100%充电状态或放电状态的电极材料结构是不充分的,需要原位观察充电深度、放电深度与电极结构之间的关系。但是,一旦将材料从密封电池中取出,该材料将与空气发生反应,或因电极剥离而使充放电状态发生变化,材料可能会转变为其他结构。因此,使用传统方法很难通过X射线衍射测量观察充放电过程中物质的变化。通过使用电池单元附件组装的电池可在进行充放电实验的同时获取X射线衍射图,因此无需对进行充放电实验的材料进行密封开封或电极剥离等加工,可直接对样品的状态变化和充放电特性进行关联并评估,进而更深刻理解电极材料的工作机理,优化电池性能。

测量分析实例

使用电池单元附件组装了一个橄榄石型锂离子电池正极材料LiFePO4的试验电池,观察其在充放电过程中衍射图的变化。如下图所示,在充电过程( Charge)中,起始原料LiFePO4的衍射线强度随着充电量的增加而降低,同时FePO4的衍射线的出现并且强度增加,可以确认伴随充电LiFePO4已相变为FePO4。相反,在放电过程(Discharge)中,观察到FePO4相变为LiFePO4的情况。

充放电过程中LiFePO4的相变

推荐装置

全自动多功能X射线衍射仪 SmartLab

电池单元附件

高分辨率高速一维X射线探测器

D/teX Ultra250

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使用二维探测器对叠层锂离子电池进行原位测量

导言

为了开发具有高容量,高可靠性和长寿命的锂离子二次电池,需要对电极材料在充放电过程中的稳定性进行评估。叠层电池附件可以在保持样品温度恒定的同时,复现高速充放电过程,并同时允许收集透射X射线衍射图像。使用配置了Mo靶搭配二维探测器,该探测器可高速收集衍射图像,从而观察到电池内部发生的快速相变

测量分析实例

图1为叠层电池附件和二维探测器的照片。正极材料为磷酸铁锂 (LiFePO4)。在2C/1C的充放电条件下,重复使用10秒的曝光时间进行测量。此处1C表示电池在一小时内完全充放电时的电流强度。例如2C的充电是在0.5小时内完成,0.5C的放电则是在2小时内完成。

图2显示了在充电过程中观察到的二维衍射图像。在以虚线标示的区域内,观察到了FePO4和LiFePO4的特征衍射信号。图3显示了图2中标示区域的彩色透视图(Profile map),电压图以及FePO4和LiFePO4的衍射峰强度。实验结果确认了电极材料在完全充放电后恢复到了测量开始前的相同晶相。

推荐装置

全自动多功能X射线衍射仪 SmartLab(Mo靶)

交叉光学附件 CBO-E

高分辨率高速二维X射线探测器 HyPix-3000 HE

理学短片

Rigaku SmartLab

智能多功能X射线衍射仪


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