用XRD表征锂离子电池性能

宁阳采访，探索更广泛应用中的锂离子电池，并使X射线衍射进行电池性能，由Alina Shrourou，BSC进行。

锂离子电池必须具备哪些特性才能适用于汽车应用?

汽车行业中的电池必须非常耐用，并且应该具有长周期时间。这意味着我们可以长期循环电池而不会失去容量。功率不可避免地将在一定程度上丢失，但损失越少，电池越好。这是第一个重要特征。

其次，重要的是这些大容量电池要便宜。当电池很贵的时候，人们就买不起电动汽车，所以电动汽车就不会流行。

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最终原因与电池安全和可持续性有关。由于在道路上有更多的电动汽车，汽车行业的电池安全越来越重要。电池也应该易于制作和轻松再循环。

改善汽车和电网应用的电池有哪些挑战？

电池含有液体电解质，这使得它们很容易断裂。就锂离子电池而言，锂是一种非常活跃的金属，因此电池制造商面临的最大挑战是提高安全性。这是锂离子电池在汽车和电网应用中面临的首要挑战。

请突出对研究阴极材料的操作性道观测的重要性。亚博网站下载

在操作观察中，电池材料的研究是非常重要的，因为它们提供了关于电池正在使用的阴极和阳极材料的信息。亚博网站下载

以前，研究人员通过执行前原实验来分类电池材料。亚博网站下载然而，通过这些类型的研究，我们无法观察到工作状态或材料的工作结构处的材料结构。亚博网站下载Operando观察开始为材料研究开辟了新门。这样，您可以确切地看到材料结构如何与该材料在使用中所需的属性相关联。例如，研究人员可以在特定电压下或在电池材料的某个工作状态下看到材料的详细结构。亚博网站下载

在Operando实验中提供连续观察。它不像你必须打破电池并拿出物质来测量它，你真的可以在电池功能中观察材料。亚博网站下载

如何用XRD来测定锂离子电池电极材料的性能?

我们正在使用XRD来对包括晶体结构和微观结构的材料的结构进行分类。

我们可以用XRD来研究晶体结构，确定离子的位置和官能团。例如，如果锂被困在材料的镍位，这类锂在电池回收过程中很难发挥作用，导致电池的容量损失。亚博网站下载因此，我们必须计算有多少锂离子被困在镍位内，这是我们可以通过XRD分析确定的。

材料的一个主要微观结构涉及晶体尺寸，其可以使用XRD测量亚博网站下载。通过这样做，我们可以涉及锂离子电池的性能及其微观结构，并优化其最佳性能。

请概述使用XRD的锂离子电池Operando表征D8进展的使用和功能。

的D8提前是Bruker制作的一种非常流行的XRD仪器。研究人员使用D8 ADVANCE来描述电池材料的特性有以下3个原因。亚博网站下载首先，D8 ADVANCE是一种非常精确的测量粉末衍射图的仪器，角度精度非常高，所以我们可以得到非常精确的XRD谱，我们可以得到精确的结构计算。

其次，探测器D8提前为您提供从电池材料获取的最佳数据质量。亚博网站下载电池材料通常含有亚博网站下载铁，镍，钴甚至锰，并且这些元素将产生荧光信号。D8进步配备了一个非常好的探测器，可以大大降低荧光背景。它被称为能量分散性PSD检测器，并且它可以在不使用镍过滤器的情况下去除所有荧光背景甚至k-beta信号。这将为您提供一个真正的XRD模式，具有非常低的背景和高强度。

第三，D8预付款可以配备强大的软件，称为TOPAS，它提供了材料最准确的结构细化。亚博网站下载Topas可以单击批量处理原位数据，并将结果数据放入电子表格中。

请使用D8提前描述衍射数据收集背后的方法。

D8 ADVANCE采用最流行的粉末XRD方法，被称为布拉格 - 布伦塔诺几何，从电池材料中获取数据。亚博网站下载这提供了最好的衍射数据。它还可以配置成短波长的传输模式，用于穿孔电池和最终电池组的数据采集。

如何以及为什么衍射模式不同，这取决于电池是否充电或放电？

由于材料结构的变化，衍射图案变化。亚博网站下载锂离子在电池的充电和放电期间移动。如果我们在电池材料内部看，当电池负电时，锂离子将从阴极材料移亚博网站下载出到阳极材料中，这意味着一种材料将失去锂电池，一种材料将获得锂。

在充电期间，阴极材料失去锂，因此物质的结构参数变化。亚博网站下载这将导致衍射图案的峰值位置和强度的显着变化。这对于阳极材料也是如此。亚博网站下载

Eiger 2R 500k如何补充D8进入，以便在电极性能的原位XRD数据中收集？

的Eiger 2R 500K.是一个非常新的探测器，已经实现在我们的D8衍射仪家族。这是一个大的，单光子计数探测器，灵敏度高。由于探测器的尺寸更大，我们可以更快地收集数据。如果你想给电动汽车充电，你不想等一天;你希望能够充电的时间最短，输出最大。因此，这种快速的数据收集对电池研究很重要，因为我们试图越来越快地充电和放电电池。因此，EIGER 2R 500K对于那些需要更快的仪器来表征结构变化和进行材料现场研究的客户来说非常重要。亚博网站下载

还有其他类型的电池可以用XRD来表征吗?

XRD是一种能够表征任何结构变化的技术。现在，大多数电池制造商使用锂作为离子载体。然而，在未来，他们将使用各种不同的电池，例如钠。

钠电池在研究中越来越受欢迎，因为钠在地球上更加丰富，因此这些类型的电池可以支持我们的经济高效和可持续性需求。

综上所述，我认为XRD是一种可以让我们更好地了解电池功能及其机制的技术。XRD不仅在电池研究中具有重要意义，而且在电池生产中也具有重要意义。

关于杨宁博士

在Iowa州立大学完成材料科学与工程博士学位后，宁继亚博网站下载续成为博亚博老虎机网登录士后助理，专注于同步X射线粉和对材料的单晶衍射研究。

自2006年以来一直是Bruker的一部分，在此，他在过去的9年里担任了XRD应用科学家和申请团队经理的作用。