理学锂离子电池原位测试附件

关注理学微信的小伙伴肯定还记得上次我们提到锂电池相关话题，还是：

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？

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。

充放电过程中锂离子电池正极材料的结构变化

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。

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

• 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