その場X線回折

ブラッグの法則に基づいて現場でX線回折(XRD) を使用すると、電池の充放電サイクル中に電極または電極と電解質の界面における相の変化とその格子パラメータをリアルタイムで監視できます。これは、バッテリーの動作と故障メカニズムをさらに研究するための重要な視点とデータのサポートを提供します。

入射 X 線源に対する X 線信号コレクタの位置に応じて、で 現場 XRD デバイスには反射型と透過型の 2 つの主な設計があります。

従来の研究室では通常、反射装置 (上記 (a) のような) が使用されており、入射 X 線がバッテリーの信号コレクターと同じ側に配置されるため、信号は主にセンサーに露出した電極表面から収集されます。 X線。透過型 で 現場 XRD (図 (b) に示す) 入射 X 線は通常、シンクロトロン放射線源から発生し、強度が非常に高く、バッテリー全体を直接透過することができ、信号対雑音比と信号取得速度を大幅に向上させます。 。全固体電池の電気化学的性能は主に固体電解質の性能と電極との界面に依存するため、固体電解質の制御可能な合成と特性評価は全固体電池の開発にとって非常に重要です。

1. シンガポール国立大学のステファン・アダムスのチームは、その場で放射光を使用したXRDNASICONの代表的な固体電解質であるLAGPの高温合成プロセスをリアルタイムでモニタリングした結果、800℃で十分な時間焼結した場合にのみアルミニウムがLGPに効果的に取り込まれることが判明した。したがって、より高いイオン伝導率を有する純粋相LAGP固体電解質が得られ、高温焼結(例えば950℃)によりLAGP粒子の外層が脱アルミニウムされ、非純粋相が出現する。

サファナマ D、シャルマ N、ラオ RP 他 その場シンクロトロンX線粉末回折を使用したNASICON型Li 1+ x アル x ゲ 2- x (PO 4) 3 の構造進化[J]。ジャーナル オブ マテリアルズ ケミストリー A、2016、4(20): 7718-7726。

2. カナダのウェスタンオンタリオ大学の 太陽 雪良 らは、放射光を使用して空気中でのハロゲン化物固体電解質 Li3InCl6 の安定性を研究しました。その場XRDやその場X線近接吸収構造(ザネス)などの研究を行い、吸水によるイオン伝導度低下のメカニズムを解明しました。

李 W、梁 J、李 M 他 で 現場 およびオペランドシンクロトロン X 線分析技術によるハロゲン化物固体電解質の湿気安定性の起源の解明[J]。材料の化学、2020、32(16): 7019-7027。

3. 負極材料。オーストラリアのニューサウスウェールズ大学のNeeraj Sharma氏のチームは、放射光その場XRDを使用して固体電解質LiPONをベースにした薄膜半電池を研究し、充電中にビスマスリチウムが徐々にビスマスに変化するプロセスをリアルタイムで監視した。

グーネティレケ D、シャーマ N、キンプトン J 他 全固体薄膜リチウム電池におけるリチウム合金の形成に関する洞察[J]。エネルギー研究のフロンティア、2018、6:64。

で-現場 XRD、特に放射光源に基づく で-現場 透過 XRD は、非接触、非破壊のリアルタイムモニタリング技術であり、主に相や結晶の変化を研究するために使用されます。結晶構造 さまざまな充電および放電状態における固体電池の電極または固体電解質の変化、および連続的な充電および放電サイクルから生じる変化。全固体電池の充放電メカニズムや故障メカニズムを深く解明できます。

しかし、放射光資源が不足しているため、その場での XRD 実験のほとんどは、実験室にある従来の XRD 装置による反射スキャンによってのみ実行できます。これにより、取得できる情報の量と精度が大幅に低下し、実験期間が大幅に延長されます。従来の XRD 検出深度の制限により、必要なスキャン時間が短くなり、その場バッテリーの微細な設計が必要になります。