理学XRD在锂离子电池研发中的相变分析
2025-06-12 09:51:49 理学中国
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关注理学公众号的小伙伴肯定知道，锂离子电池的话题，我们已经不止一次涉及到，从 理学XRD在锂离子电池研发中的晶相和晶体结构分析 到 理学XRD在锂离子电池生产中的应用；从 锂离子电池，理学XRF可以 到 关于电池，理学能帮您！而今天就让小编从锂电池充放电过程的相变研究入手，带您看看在锂离子电池研发过程中，理学XRD能给您带来怎样的体验，现在就让我们开始吧！
在开始本章节前，让我们先给大家来两个基本概念解析。
什么是相变？
相变(Phase Transition)是指物质从一种相态(固态、液态、气态、等离子态等)转变为另一种相态的过程，通常伴随能量吸收或释放、微观结构改变或宏观物理性质变化。
锂电池相变指的是？
不同于常见的固~液，液~气，固~固这三类相变，锂离子电池的相变指离子脱嵌引起的结构变化，其不涉及宏观相态转变，但涉及微观晶体结构或电子状态的改变。 这种变化存在于充放电过程中，这种变化会直接影响电池的性能(如容量、循环寿命、安全性)，是锂离子电池材料研究的核心方向之一。
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叠层电池充放电过程中
使用XRD进行测量
在充电/放电过程中采用X射线衍射仪(XRD)进行 operando测量，可以确定充电/放电过程中的晶体相变行为。这可用于阐明充电/放电机制，并估算电池容量衰减情况。此外，由于叠层电池的测量通常采用透射法，因此可以观察到正负极的信息。
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结论
对叠层电池进行operando测量，成功观测到了充电/放电时晶格常数的变化。
叠层电池温度控制和充放电过程中
使用XRD进行测量
在假定温度变化环境中使用的车载电池等，需要在每个温度下确保充放电过程中的晶相稳定性。通过使用一种能够在充放电过程中进行 XRD 测量并同时调节温度的附件，从而验证晶相变化行为。
上图点击可放大
结论
可以在改变温度的同时测量充放电过程中晶相的变化，当温度降低时，成功验证了电池容量的变化。可以推测，电池容量的变化与晶格常数的变化量有关。
理学XRD
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