关于软包电池无损同步辐射XRD检测

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解答：

1、 众所周知，电池的循环过程中通常涉及到动态和非平衡过程，实时监测这些过程对于了解和改善电池的电化学性能非常重要。

2、 其中，原位X射线衍射是研究晶体电极材料循环过程中亚稳中间相和非平衡相变的重要技术。

3、 但目前使用的原位表征方法会对电池的循环性能产生一定的影响，即牺牲标准电池的完整性来获得高质量的衍射数据。

4、 [结果介绍]

5、 鉴于此，瑞典乌普萨拉大学的WilliamR.Brant教授(通讯作者)基于同步辐射设备的高能量和通量优势，提出了一种无损原位XRD表征装置，并将其应用于LiNi0.5Mn1.5O4正极材料软包装电池的表征。深入研究了电池快速长循环过程中正极材料的晶体结构变化，同时实现了高质量衍射数据的采集和电化学性能的稳定保持。

6、 结果表明，采用本文提出的原位表征装置形成的电池在电流密度下的电化学性能与标准软包电池8C(~6.6mAcm-2)相当，且可实现精确无损检测。

7、 此外，还考虑了用于其他表征技术的单元设计，包括布拉格相干衍射成像、X射线吸收光谱和空间分辨率研究。

8、 因此，这种电池为研究电池材料中的非平衡相变和长循环老化效应提供了一种新的替代研究技术。

9、 相关研究成果“operando同步加速器扩散池的设计和操作实现电池材料的快速循环”发表在BatteriesSupercaps上。

10、 [核心内容]

11、 一、柔性电池设计及原理图

12、 如图1所示，设计的柔性电池设计位于支架中，通过波形弹簧和玻璃碳窗口提供可控和可重复的堆叠压力。

13、 由于波形弹簧的压缩长度是固定的，所以可以通过改变波形弹簧的常数(k)来优化施加的堆叠压力。

14、 图一。(a)柔性电池的结构设计；(b)柔性电池的原理设计。

15、 二、柔性电池的性能验证

16、 1C和8C倍率下的恒流循环电压曲线如图2所示，显示了电压曲线和可以达到的类似容量。

17、 玻璃窗为设备提供机械性能，不与电池的电化学反应接触，从而避免了与电解液的一些副反应。

18、 图二。(a、B)1C和8C速率下的电压曲线。

19、 3.XRD图谱及其整理数据

20、 通过从软包装电池中移除Cu集电器，可以避免对衍射图案的干扰，从而在衍射图案中仅留下正极材料集电器al(图3a)。

21、 然而，除非使用自支撑导电电极，否则不可能进行全细胞研究。

22、 同时对锂箔为负极的LiNi0.5Mn1.5O4(LNMO)软包装半电池进行了同步辐射X射线衍射测试，并对整理结果进行了分析(图3b)。

23、 图3。(a)不含活性物质LiNi0.5Mn1.5O4的软包装电池的精制XRD图谱*表示的峰值与聚合物隔膜有关；(b)活性物质为LiNi0.5Mn1.5O4的软包装电池的细化XRD图谱，以311、511、531为代表。

24、 四。不同速率下电池结构的变化

25、 此外，基于不同的循环速率1C(~0.8mAcm-2)和8C(~0.8mAcm-2)，监测了充放电过程中LNMO的结构变化(图4)。

26、 即使在相对较高的8C速率下，它也使用间隔5秒的策略来收集数据，以监控结构变化。

27、 然而，要达到比本研究中报道的更高的循环速率，取决于材料的形态和选择的电化学过程。

28、 图4。(a，b)在1C和8C放大倍数下的LiNi0.5Mn1.5O4

29、在1C和8C下，每个模式的采集时间分别为10秒和5秒。