電池材料原位XRD研究之軟包電池原位測試

  軟包鋰離子電池是成品電池組裝的主要方式之一。軟包鋰電池是在液態(tài)鋰離子電池外面套上一層聚合物外殼，在結構上采用鋁塑膜包裝。軟包鋰電池具有安全性能好，重量輕，容量大，內阻小，設計靈活等優(yōu)點(diǎn)。

 

 

 ▲原位測試圖：軟包電池（Pouchcell battery）

 

  電池原位X射線(xiàn)衍射技術(shù)(In-situXRD)是指在電池的充放電過(guò)程中進(jìn)行XRD掃描，主要可用來(lái)觀(guān)察充放電過(guò)程中電極材料所發(fā)生的結構和物相轉變，準確揭示電池反應機理。使用短波長(cháng)（Mo或Ag）的X射線(xiàn)光源和透射衍射幾何可以直接測量軟包電池的原位XRD。這樣做的好處在于同時(shí)測量正極和負極材料在充放電過(guò)程中的結構和/或物相變化。

 

布魯克AXS提供完善的軟包電池透射原位XRD解決方案：

 

  ♦配備高亮度的聚焦X射線(xiàn)光源和反射鏡

  ♦大尺寸高效率一維陣列探測器

 

功能強大的結構精修和批數據處理軟件。

 

▲布魯克軟包原位解決方案，D8DISCOVER/ ADVANCE, Mo靶，聚焦X射線(xiàn)多層膜反射鏡，Eiger2R500K探測器。

 

 

 ▲三元單層軟包電池的原位XRD數據二維展示

 

  此圖是由400條測試數據組成，單條測試時(shí)間為三分鐘。從圖中可以清晰的觀(guān)察到三元正極材料和石墨負極材料的隨充放電過(guò)程的結構和物相變化。如11到12.5度，負極從石墨到LiC12到LiC6的相轉變。在19度附近還能看到LiC相的微弱衍射信號。

 

 ▲三元正極材料原位XRD數據二維展示

 

 ▲石墨負極材料的原位XRD數據二維展示

 

 

 ▲原位XRD圖譜

 

掃描時(shí)間3分鐘，電壓2.7伏。NCM003峰的峰高強度約為50000counts

 

 

 ▲原位XRD圖譜

 

 掃描時(shí)間3分鐘，電壓4.3伏。NCM003峰的峰高強度約為55000counts

 

 ▲使用TOPAS軟件擬合三元正極材料的結構，藍色實(shí)線(xiàn)顯示的是三元的擬合譜

 

 ▲三元正極材料原位XRD 晶胞參數a和c的變化

 

  以上展示的是單層三元軟包電池的原位XRD測量數據和結果，需要指出的是，由于測量數據的強度非常高，在必要的情況下，也可以縮短測量時(shí)間獲得更高倍率的充放電原位數據。以上數據為0.2C充放電。滿(mǎn)足TOPAS擬合質(zhì)量的數據強度可為目前的十分之一，也就是說(shuō)測量速度和充放電速度都可以提高10倍。