理學鋰離子電池原位測試附件

來源：日本理學株式會社      分類：操作使用 2024-11-01 10:15:09 318閱讀次數

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關于鋰電池的研發｜

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電池：當然離不開理學XRD

伴隨全球碳中和目標的持續推進，能源結構不斷優化的背景，鋰電池的發展進一步增速中，據行業相關分析報告數據顯示出23-26年復合增長率達到18.8%的強勁勢頭，眾所周知，鋰電池的技術革新是推動行業發展的關鍵因素。

當前，固態電池、高壓快充、硅負極等新技術的產業化進展正在加速。固態電池以其高能量密度和高安全性的特點，被視為鋰電池未來的發展方向。高壓快充技術則能夠顯著縮短電動汽車的充電時間，提升用戶體驗。硅負極材料的應用則有望進一步提升電池的能量密度和循環壽命。

理學面對行業機遇，不斷尋找新的發展契機，在鋰電池的研發不斷給出解決方案。下面讓我們以原位電池測試為例，來進入理學鋰電池測試應用主題。

首先，什么是原位充放電測試呢？

理學XRD原位充放電測試

「READING」

理學XRD設備可以通過如下附件，達成對于電池的原位充放電過程測試

如何將原位測試應用呢？

前面我們向大家介紹了什么是原位測試，下面我們將通過兩個應用實例，來看看原位測試在鋰電池上如何達成應用。

1

充放電過程中鋰離子電池正極材料的結構變化

導言

為了延長鋰離子電池的使用壽命，控制充放電過程中的狀態非常重要。為此，只觀察100%充電狀態或放電狀態的電極材料結構是不充分的，需要原位觀察充電深度、放電深度與電極結構之間的關系。但是，一旦將材料從密封電池中取出，該材料將與空氣發生反應，或因電極剝離而使充放電狀態發生變化，材料可能會轉變為其他結構。因此，使用傳統方法很難通過X射線衍射測量觀察充放電過程中物質的變化。通過使用電池單元附件組裝的電池可在進行充放電實驗的同時獲取X射線衍射圖，因此無需對進行充放電實驗的材料進行密封開封或電極剝離等加工，可直接對樣品的狀態變化和充放電特性進行關聯并評估，進而更深刻理解電極材料的工作機理，優化電池性能。

測量分析實例

使用電池單元附件組裝了一個橄欖石型鋰離子電池正極材料LiFePO₄的試驗電池，觀察其在充放電過程中衍射圖的變化。如下圖所示，在充電過程( Charge)中，起始原料LiFePO₄的衍射線強度隨著充電量的增加而降低，同時FePO₄的衍射線的出現并且強度增加，可以確認伴隨充電LiFePO₄已相變為FePO₄。相反，在放電過程(Discharge)中，觀察到FePO₄相變為LiFePO₄的情況。

充放電過程中LiFePO₄的相變

推薦裝置

• 全自動多功能X射線衍射儀 SmartLab

• 電池單元附件

• 高分辨率高速一維X射線探測器

  D/teX Ultra250

2

使用二維探測器對疊層鋰離子電池進行原位測量

導言

為了開發具有高容量，高可靠性和長壽命的鋰離子二次電池，需要對電極材料在充放電過程中的穩定性進行評估。疊層電池附件可以在保持樣品溫度恒定的同時，復現高速充放電過程，并同時允許收集透射X射線衍射圖像。使用配置了Mo靶搭配二維探測器，該探測器可高速收集衍射圖像，從而觀察到電池內部發生的快速相變

測量分析實例

圖1為疊層電池附件和二維探測器的照片。正極材料為磷酸鐵鋰 (LiFePO₄）。在2C/1C的充放電條件下，重復使用10秒的曝光時間進行測量。此處1C表示電池在一小時內完全充放電時的電流強度。例如2C的充電是在0.5小時內完成，0.5C的放電則是在2小時內完成。

圖2顯示了在充電過程中觀察到的二維衍射圖像。在以虛線標示的區域內，觀察到了FePO₄和LiFePO₄的特征衍射信號。圖3顯示了圖2中標示區域的彩色透視圖(Profile map），電壓圖以及FePO₄和LiFePO₄的衍射峰強度。實驗結果確認了電極材料在完全充放電后恢復到了測量開始前的相同晶相。

推薦裝置

• 全自動多功能X射線衍射儀 SmartLab（Mo靶）

• 交叉光學附件 CBO-E

• 高分辨率高速二維X射線探測器 HyPix-3000 HE

理學短片

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