电池材料原位XRD研究之软包电池原位测试

  软包锂离子电池是成品电池组装的主要方式之一。软包锂电池是在液态锂离子电池外面套上一层聚合物外壳，在结构上采用铝塑膜包装。软包锂电池具有安全性能好，重量轻，容量大，内阻小，设计灵活等优点。

 

 

 ▲原位测试图：软包电池（Pouchcell battery）

 

  电池原位X射线衍射技术(In-situXRD)是指在电池的充放电过程中进行XRD扫描，主要可用来观察充放电过程中电极材料所发生的结构和物相转变，准确揭示电池反应机理。使用短波长（Mo或Ag）的X射线光源和透射衍射几何可以直接测量软包电池的原位XRD。这样做的好处在于同时测量正极和负极材料在充放电过程中的结构和/或物相变化。

 

布鲁克AXS提供完善的软包电池透射原位XRD解决方案：

 

  ♦配备高亮度的聚焦X射线光源和反射镜

  ♦大尺寸高效率一维阵列探测器

 

功能强大的结构精修和批数据处理软件。

 

▲布鲁克软包原位解决方案，D8DISCOVER/ ADVANCE, Mo靶，聚焦X射线多层膜反射镜，Eiger2R500K探测器。

 

 

 ▲三元单层软包电池的原位XRD数据二维展示

 

  此图是由400条测试数据组成，单条测试时间为三分钟。从图中可以清晰的观察到三元正极材料和石墨负极材料的随充放电过程的结构和物相变化。如11到12.5度，负极从石墨到LiC12到LiC6的相转变。在19度附近还能看到LiC相的微弱衍射信号。

 

 ▲三元正极材料原位XRD数据二维展示

 

 ▲石墨负极材料的原位XRD数据二维展示

 

 

 ▲原位XRD图谱

 

扫描时间3分钟，电压2.7伏。NCM003峰的峰高强度约为50000counts

 

 

 ▲原位XRD图谱

 

 扫描时间3分钟，电压4.3伏。NCM003峰的峰高强度约为55000counts

 

 ▲使用TOPAS软件拟合三元正极材料的结构，蓝色实线显示的是三元的拟合谱

 

 ▲三元正极材料原位XRD 晶胞参数a和c的变化

 

  以上展示的是单层三元软包电池的原位XRD测量数据和结果，需要指出的是，由于测量数据的强度非常高，在必要的情况下，也可以缩短测量时间获得更高倍率的充放电原位数据。以上数据为0.2C充放电。满足TOPAS拟合质量的数据强度可为目前的十分之一，也就是说测量速度和充放电速度都可以提高10倍。