Caractérisation des Matériaux pour électrodes au lithium-ion et ion sodium utilisant des techniques de rayonnement synchrotron

Résumé

Nous décrivons l'utilisation de rayonnement synchrotron à rayons X spectroscopie d'absorption (XAS) et diffraction des rayons X (XRD) techniques pour sonder les détails des processus d'intercalation / désintercalation dans de matériaux d'électrodes pour les batteries Li-ion et Na-ion. In situ et ex situ des expériences sont utilisés pour comprendre le comportement structurelles sur le fonctionnement des dispositifs

Résumé

des composés d'intercalation, tels que des oxydes ou des phosphates de métaux de transition sont les matériaux d'électrode plus couramment utilisés dans Li-ion et des batteries Na-ion. Lors de l'insertion ou l'enlèvement d'ions de métaux alcalins, les états redox de métaux de transition dans les composés changent et transformations structurelles telles que des transitions de phase et / ou en treillis paramètre augmente ou diminue produisent. Ces comportements déterminent à leur tour d'importantes caractéristiques des batteries tels que les profils de potentiel, les capacités de fréquence, et la vie de cycle. Les rayons X extrêmement brillants et accordables produites par le rayonnement synchrotron permettent l'acquisition rapide de données à haute résolution qui fournissent des informations sur ces processus. Transformations dans les matériaux en vrac, tels que les transitions de phase, peuvent être observés directement en utilisant la diffraction des rayons X (XRD), tandis que la spectroscopie d'absorption des rayons X (XAS) donne des informations sur les structures électroniques et géométriques locales (par exemple, les changements d'états redox et liaison lengths). Lors d'expériences in situ réalisées sur des cellules d'exploitation sont particulièrement utiles car ils permettent de corrélation directe entre les propriétés électrochimiques et structurelles des matériaux. Ces expériences sont longs et peuvent être difficiles à concevoir en raison de la réactivité et de l'air-sensibilité des anodes de métaux alcalins utilisés dans les configurations les demi-cellules, et / ou la possibilité d'une interférence des signaux provenant d'autres composants cellulaires et de matériel. Pour ces raisons, il convient de réaliser des expériences ex situ (par exemple sur des électrodes récoltées à partir de cellules partiellement chargées ou parcourus) dans certains cas. Ici, nous présentons des protocoles détaillés pour la préparation des deux ex situ et in situ des échantillons pour des expériences impliquant des rayonnements synchrotron et démontrons comment ces expériences sont effectuées.

Introduction

Les batteries lithium-ion pour l'électronique grand public commande actuellement un marché $ 11,000,000,000 dans le monde entier ( http://www.marketresearch.com/David-Company-v3832/Lithium-Ion-Batteries-Outlook-Alternative-6842261/ ) et sont le premier choix pour les applications de véhicules émergents comme plug-in de véhicules électriques hybrides (PHEV) et les véhicules électriques (VE). Analogues à ces dispositifs utilisant des ions de sodium plutôt que lithium sont aux premiers stades de développement, mais sont considérées comme attrayante à grande échelle de stockage d'énergie (par exemple des applications de la grille) en fonction du coût et des arguments de sécurité d'approvisionnement ^{1, 2.} Les deux systèmes d'intercalation double fonctionnent sur le même principe; ions de métaux alcalins navette entre les deux électrodes jouant le rôle de structures d'accueil, qui sont soumis à des processus d'insertion à des potentiels différents. Les cellules électrochimiques se sont reltivement simple, constitué d'électrodes positives et négatives composites sur des collecteurs de courant, séparés par une membrane poreuse saturée avec une solution électrolytique est généralement formé d'un sel dissous dans un mélange de solvants organiques (Figure 1). Graphite et LiCoO ₂ sont les plus couramment employées électrodes négative et positive, respectivement, pour les batteries au lithium-ion. Plusieurs matériaux d'électrode alternatifs ont également été développés pour des applications spécifiques, y compris des variantes de LiMn ₂ O _4, spinelle, _LiFePO4 avec la structure de l'olivine et des CMN (LiNi _x Mn _x Co _1-2x O ₂ composés) pour positifs, et les atomes de carbone dures, Li ₄ Ti ₅ O _12, et des alliages de lithium avec de l'étain pour ³ négatifs. Matériaux de haute tension comme LiNi _0,5 Mn _1,5 O _4, de nouveaux matériaux de grande capacité tels que les composites en couches couches (par exemple xLi ₂ MnO _{3 · (1-x) LiMn 0,5 Ni 0,5 O 2), des composés de métaux de transition qui peuvent subir de multiples changements d'états redox, et Li-Si anodes en alliage sont actuellement l'objet de recherches intenses, et, si déployé avec succès, devrait lever des densités d'énergie pratiques de cellules au lithium-ion plus loin. Une autre classe de matériaux, connus comme des électrodes de conversion, dans lequel les oxydes de métaux de transition, les sulfures ou fluorures sont réversiblement réduits à l'élément métallique et d'un sel de lithium, sont également envisagées pour une utilisation comme électrodes de la batterie (principalement pour remplacer les anodes) ^4. Pour les appareils basés sur le sodium, carbone durs, les alliages, les structures de NASICON, et les titanates sont à l'étude pour l'utilisation d'anodes et de divers oxydes de métaux de transition et les composés polyanioniques comme cathodes.}

Parce que les batteries au lithium-ion et ion sodium ne sont pas basées sur la chimie fixes, leurs caractéristiques de performance varient considérablement selon til électrodes qui sont employés. Le comportement redox des électrodes détermine les profils de potentiel, les capacités de débit, et les durées de cycle des dispositifs. Poudre classique diffraction des rayons X (XRD) techniques peuvent être utilisées pour la caractérisation structurale initiale de matériaux vierges et des mesures ex situ sur des électrodes ayant subi des cycles, mais des considérations pratiques telles que la faible puissance du signal et les temps relativement longs nécessaires à la collecte des données de limiter la quantité d'informations qui peut être obtenu sur le processus de décharge et de charge. En revanche, les haut brillance et de courtes longueurs d'onde de rayonnement synchrotron (par exemple λ = 0,97 Å à la ligne de lumière de la Stanford Synchrotron Radiation Lightsource 11-3), combinée à l'utilisation de détecteurs d'images à haut débit, l'acquisition d'un permis de données à haute résolution sur des échantillons de aussi peu que 10 secondes. Dans le travail in situ est réalisée en mode de transmission sur des composants de cellules subissant la charge et la décharge fermée hermétiquementsachets transparents aux rayons X, sans avoir à arrêter le fonctionnement de l'acquisition de données. En conséquence, les changements structurels électrodes peuvent être observés comme des «instantanés en temps" que les cycles cellulaires, et beaucoup plus d'informations peuvent être obtenues que par des techniques classiques.

Spectroscopie d'absorption des rayons X (XAS), parfois aussi appelé X-ray absorption fine structure (XAFS) donne des informations sur la structure électronique et géométrique locale de matériaux. Dans des expériences XAS, l'énergie des photons est réglé sur les bords d'absorption caractéristiques des éléments spécifiques à l'étude. Le plus souvent pour des matériaux de batterie, ces énergies correspondent aux K-bords (1s orbitales) des métaux de transition d'intérêt, mais XAS douces expériences accordées à O, F, C, B, N et les L _2,3 bords de première ligne les métaux de transition sont également parfois effectuées sur des échantillons ex situ ^5. Les spectres générés par des expériences XAS peut être divisé en plusieurs distrégions InTC, contenant des informations différentes (voir Newville, M., Principes de XAFS, http://xafs.org/Tutorials?action=AttachFile&do=get&target=Newville_xas_fundamentals.pdf ). La principale caractéristique, constituée par le bord d'absorption et s'étendant autour de 30-50 eV au-delà est l'absorption des rayons X près du bord Structure région (XANES) et indique le seuil d'ionisation continuum Etats. Celui-ci contient des informations sur l'état d'oxydation et de la chimie de coordination de l'absorbeur. La partie de plus haute énergie du spectre est connu comme le X-ray Absorption Fine Structure étendue (EXAFS) et de la région correspondant à la diffusion du photoélectron éjecté hors atomes voisins. L'analyse de Fourier de cette région donne à courte portée des informations structurelles telles que les longueurs de liaison et les nombres et types d'ions voisins. Preedge propose ci-dessous la characteristic énergies d'absorption de certains composés apparaissent aussi parfois. Ils résultent des dipôles transitions électroniques interdites à vider états liés pour des géométries octaédriques ou dipolaires permises effets d'hybridation orbitale dans les tétraèdres et peuvent souvent être corrélés à la symétrie locale de l'ion absorbant (par exemple, si elle est tétraédrique ou octaédrique coordonnée) ^6.

XAS est une technique particulièrement utile pour l'étude des systèmes métalliques mixtes tels que les CMN pour déterminer des états initiaux et d'oxydo-réduction qui ions de métaux de transition subissent redox pendant les processus de délithiation et lithiation. Les données sur les différents métaux peuvent être obtenus rapidement dans une expérience unique et l'interprétation est assez simple. En revanche, la spectroscopie Mössbauer est limitée à seulement quelques métaux utilisés dans les matériaux de la batterie (principalement, Fe et Sn). Bien que les mesures magnétiques peuvent également être utilisés pour déterminer des états d'oxydation, des effets de couplage magnétiques peuvent complicationste interprétation particulièrement pour les oxydes complexes tels que la CMN.

Bien planifiés et exécutés in situ et ex synchrotron in situ XRD et expériences XAS donnent des informations complémentaires et permettent une image plus complète à former des changements structurels qui se produisent dans des matériaux d'électrode pendant le fonctionnement normal de la batterie de ce qui peut être obtenu par des techniques classiques. Ceci, à son tour, donne une meilleure compréhension de ce qui régit le comportement électrochimique des dispositifs.

Protocole

Une. Planification des expériences

1. Identifier les expériences de la ligne de faisceau d'intérêt. Reportez-vous à des pages Web de la ligne de faisceau comme guides. Pour SSRL XAS et XRD, ceux-ci are: http://www-ssrl.slac.stanford.edu/beamlines/bl4-1/ and http://www-ssrl.slac.stanford.edu/beamlines/bl4-3/ and http://www-ssrl.slac.stanford.edu/beamlines/bl11-3/
   1. Contactez-ligne de faisceau scientifique et discuter des détails de l'expérience.
2. Vérifier les délais et les exigences pour les propositions en allant sur le site Web pertinent.
3. Ecrire faisceau proposition de temps et de soumettre.
4. Après la proposition a été marqué, temps de faisceau horaire.
5. Suivez les instructions fournies par le centre pour se préparer à temps de faisceau. Examiner les détails de l'expérience, transport des matériaux (en particulier des appareils contenant des métaux alcalins) et de l'équipement, et des problèmes de sécurité. formation à la sécurité est généralement requis pour les nouveaux utilisateurs.

2. Préparation du matériel, des électrodes, et les cellules

1. Synthétiser ou obtenir matériau actif d'intérêt.
2. Caractériser matériau par classique X-ray diffraction de poudre, en utilisant les étapes 2.2.1-2.2.9.
   1. Broyer et tamiser la poudre pour assurer une distribution uniforme de la taille des particules.
   2. Chargez échantillon dans le porte-échantillon. Retirer la plaque arrière du support et placez-le sur une lame de verre. Remplir la cavité avec de la poudre, puis fixez la plaque arrière, titulaire de la médaille et de supprimer la diapositive. Cela garantit que la poudre est de même avec la surface du support et que la surface est plane.
   3. Connectez-vous à registre pour le diffractomètre.
   4. Insérez le porte-échantillon dans diffractomètre et l'aligner.
   5. Fermer les portes de diffractomètre.
   6. En utilisant le programme de collecteurs de données sur ordinateur relié à Pandiffractomètre alytical, augmentation de tension et de courant de valeurs appropriées pour la mesure. Sélectionnez fentes et des masques de faisceau pour l'expérience. Sélectionnez ou programme de numérisation modifier.
   7. Programme et le nom fichier de données commencer. Verrouillez les portes du diffractomètre en glissant insigne lorsque vous êtes invité par le programme. Recueillir des données.
   8. Analyser modèle en utilisant le programme de Score élevé. En particulier, recherchez la présence d'impuretés (réflexions supplémentaires) et si motif correspond à celui des matériaux de référence ou des modèles calculés.
   9. Enlever l'échantillon du diffractomètre. Baissez portes courant et de tension, et proches. Déconnectez-vous, en notant les conditions inhabituelles.
3. Obtenir des micrographies électroniques à balayage pour évaluer la morphologie des particules, en utilisant des étapes 2.3.1-2.3.10.
   1. Préparer l'échantillon en attachant du ruban carbone à un talon d'aluminium et saupoudrer de poudre de l'échantillon sur le côté collant. Testez le magnétisme en tenant un aimant de cuisine sur l'échantillon.
   2. Insérez l'échantillon dans la chambre SEM via airlock.
   3. Une fois vide est établi, tourner tension d'accélération sur.
   4. En mode de faible grossissement, régler le contraste et la luminosité. Ceci est le plus commodément effectuée à l'aide du bouton ACB.
   5. Trouver domaine d'intérêt en balayant manuellement dans les directions x et y.
   6. Mettez à SEM ou modes faisceau doux si un plus fort grossissement est souhaitée. Sélectionnez détecteur voulue et la distance de travail sur les valeurs appropriées pour l'expérience.
   7. Régler le contraste et la luminosité en utilisant le bouton de ACB.
   8. Concentrer l'image de stade z contrôle.
   9. Alignez faisceau, corriger l'astigmatisme et de se concentrer en utilisant x et y boutons.
   10. Prenez des photos comme vous le souhaitez, en utilisant le bouton de photo, et enregistrer dans le dossier approprié sur l'ordinateur.
   11. Lorsque vous avez terminé, éteignez la tension d'accélération. Déplacez échantillon échanger position et à retirer de la chambre par un sas.
4. Procéder à une analyse élémentaire par ICP si nécessaire, et de caractériser les matériaux avec d'autres techniques souhaitées telles que IRou par spectroscopie Raman.
5. Fabriquer des électrodes, en utilisant les étapes 2.5.1-2.5.8.
   1. Préparer une solution de 6.5% (en poids) de fluorure de vinylidène (PVDF) dans la N-methylpyrolidinone (NMP).
   2. Mill matériel ensemble actif et additif conducteur (de noir d'acétylène, le graphite, etc.).
   3. Ajouter solution NMP de l'étape 2.3.1 à poudre sèche de l'étape 2.3.2 et mélanger. Les proportions varient en fonction de la nature de la matière active, mais une composition sèche finale de 80:10:10 (matière active: PVDF: additif conducteur) est commun.
   4. En utilisant une lame de raclage et (éventuellement) une table à vide, coulée boue d'électrode sur un collecteur de courant en Al ou Cu. Carbone revêtu feuille d'aluminium peut être utilisé pour des matériaux batterie Li-ion cathode et tous les matériaux d'électrode Na-ion, et feuille de Cu est utilisé pour les matériaux d'anode Li-ion.
   5. Autoriser électrodes sécher à l'air.
   6. Des électrodes sèches à l'aide de plus d'une lampe IR, plaque chauffante, ou un four à vide.
   7. Couper ou percer des électrodes à la taille nécessaire. Peser électrodes.
   8. Transfert électrodes à une atmosphère inerte boîte à gants. Une étape supplémentaire de séchage en utilisant une antichambre chauffée sous vide attaché à la boîte à gants est recommandé d'enlever toute humidité résiduelle.
6. Monter des dispositifs électrochimiques (généralement des cellules de pièce de monnaie, mais d'autres configurations peuvent être utilisés pour la caractérisation électrochimique) pour la caractérisation initiale, échantillons ex situ, et / ou expérience de la ligne de faisceau, en utilisant les étapes 2.6.1-2.6.7.
   1. Rassemblez tous les composants nécessaires dans l'atmosphère inerte boîte à gants.
   2. Couper une feuille de lithium ou de sodium à la taille désirée.
   3. Couper séparateur microporeux à la taille désirée.
   4. composants de la couche dans cet ordre dans le dispositif: électrodes, séparation, solution électrolytique, et Li Na ou feuille.
   5. Ajouter entretoises et les rondelles d'onde en fonction des besoins.
   6. Sceller la cellule à l'aide d'une presse à la pile cellulaire.
   7. Pour les expériences de diffraction des rayons X in situ, fixer les onglets de chaque côté de la pile cellulaire et dispositif sceller dans une pochette en polyester.
7. Faire un essai électrochimique pour la caractérisation initiale ou travail ex situ, en utilisant les étapes 2.7.1-2.7.6.
   1. Brancher les fils du potentiostat / galvanostat ou cycleur de dispositif et mesurer le potentiel de circuit ouvert.
   2. Donnez votre programme pour l'expérience électrochimique souhaité ou sélectionnez un programme archivé.
   3. Exécutez expérience et recueillir des données.
   4. Pour les expériences ex situ, démonter l'appareil dans la boîte à gants, en prenant soin de ne pas court-circuiter. Pour les cellules de pièces, utiliser un outil ou une pince enveloppés avec du ruban téflon désassembleur de cellules pièce.
   5. Rincez les électrodes avec de diméthyle pour enlever le sel de l'électrolyte résiduel. Laissez-les sécher.
   6. électrodes de couverture pour l'étude ex situ avec une feuille de Kapton pour des expériences de diffraction des rayons X ou du scotch pour XAS et conserver dans la boîte à gants jusqu'à ce que l'expérience est réalisée.
8. Poudres destinées à l'étude par XAS doivent être tamisées pour assurer la taille des particules homonéité. Ils peuvent alors être saupoudré sur plusieurs morceaux de ruban adhésif. Une série d'échantillons peut être préparé par l'empilement de plus en plus nombreux morceaux de la bande en poudre ensemble. Ceci est particulièrement utile si l'utilisateur n'est pas sûr de la quantité de poudre nécessaire pour le signal optimale.
   1. Sinon, poudres pour les mesures XAS peuvent être dilués avec BN si l'utilisateur est convaincu de ce qui va entraîner le signal optimale.

3. Performance des expériences à l'installation synchrotron

1. Plusieurs jours avant l'expérience est de commencer, le transport en plan des matériaux et de l'équipement à l'installation.
   1. Pour les appareils contenant des anodes de métaux alcalins, l'expédition est nécessaire pour éviter les risques liés au transport dans des véhicules personnels ou publics.
   2. Les équipements tels que portables galvanostat / potentiostats et les ordinateurs portables et les échantillons non dangereux tels que des électrodes pour le travail ex situ peut être brought à l'installation par la personne effectuant les expériences de toute manière convenable.
2. Arrivée et inscrivez-vous à l'installation.
3. Pour in situ et ex expériences de diffraction des rayons X in situ, prendre un modèle de _LaB6 à des fins de calibrage de référence.
   1. Contactez-ligne de lumière scientifique et personnel pour les instructions.
   2. Calibrer faisceau de trouver des conditions de faisceau droit.
   3. Mesurer motif de _LaB6 de référence.
4. Pour les expériences de diffraction des rayons X in situ, dispositif mis en place et commencer à expérimenter étapes suivantes 3.4.1-3.4.6.
   1. Insérer la poche dans des plaques de pression Al et faire en sorte que les trous sont correctement alignés pour permettre au faisceau de rayons X à transmettre.
   2. Trouver la position de faisceau optimale et temps d'exposition. Une exposition prolongée peut conduire à une sursaturation. Décider si l'échantillon sera secoué ou stationnaire.
   3. Prenez motif initial avant l'électrochimie est démarré.
   4. Fixez fils de galvanostat / potentiostat à l'appareil.
   5. Commencez l'expérience de l'électrochimie.
   6. Obtenir des données. Une fois expérience est en cours, la collecte des données est automatique, et l'utilisateur a seulement besoin de surveiller pour s'assurer que l'expérience se passe comme prévu.
5. Mettre en place des expériences XAS.
   1. Arrivée et contacter beamline scientifique et personnel pour les instructions.
   2. Insérer l'échantillon et le matériau de référence de la feuille (selon le métal qui est mesuré, par exemple Ni de bord Ni K).
   3. Alignez échantillon.
   4. Déterminer l'énergie de bord spécifique de métal à l'aide Héphaïstos ifeffit. Tune monochromateur, puis de désaccorder d'environ 30% pour éliminer harmoniques d'ordre supérieur. Changer gains pour régler I ₁ et I ₂ mesures de compensation.
   5. Prendre la mesure. Deux ou plusieurs scans devraient être prises et ont fusionné pour l'élément d'intérêt.
   6. Répétez les étapes 3.5.3 à 3.5.5 pour les éléments supplémentaires, au besoin.

4. DonnéesAnalyse

1. Pour les travaux de diffraction des rayons X, de calibrer l'image _LaB6.
   1. Zone de téléchargement diffraction machine, qui est disponible dans le code Google ( http://code.google.com/p/areadiffractionmachine/ ).
   2. Ouvrez l'image pour _LaB6 diffraction et utiliser les valeurs d'étalonnage initial de l'en-tête de fichier.
   3. Ouvrez la référence Q (= 2π / d) les valeurs de LAB _6.
   4. Calibrage de l'image _LaB6 de diffraction avec les valeurs de Q et la proposition initiale de la valeur d'étalonnage.
   5. Obtenir des valeurs de calibration correctes par image convenable.
   6. Enregistrer les valeurs d'étalonnage dans le fichier de calibration.
2. Calibrer les images de données à partir de l'expérience.
   1. Ouvrir les images de diffraction de l'expérience.
   2. Ouvrez le fichier d'étalonnage de la référence _LaB6 (enregistré à l'étape 4.1.6).
   3. Ouvrir èmeréférence e Q (= 2π / d) les valeurs de Al ou Cu (collecteurs de courant pour les électrodes) et de les utiliser comme références internes.
   4. Calibrer les images de motif par image convenable.
   5. Intégrer l'image de Q par rapport à des données d'intensité (scans en ligne).
   6. Modèles Fit en utilisant le programme d'ajustement désiré (CelRef, Powdercell, RIQAS, GSAS, etc.).
3. Traiter les données électrochimiques en utilisant n'importe quel programme de traçage pratique (Excel, origine, KaleidaGraph, Igor, etc.).
4. Pour les données XAS, utilisez ARTEMIS / ATHENA dans le logiciel de ifeffit pour analyse.
   1. Étalonner les données en utilisant le premier pic de la dérivée du spectre d'absorption des métaux de référence.
   2. Fusionner comme scans.
   3. Soustraire fond et normaliser les données.
   4. Utilisez la fonction AUTOBK d'isoler les données EXAFS.
   5. Transformée de Fourier les données EXAFS.
   6. Utilisez un des moindres carrés pour les spectres transformée de Fourier dans R ou k espace pour extraire structural information.

Résultats

La figure 2 montre une séquence typique utilisé pour une expérience in situ. Après la synthèse et la caractérisation des poudres de matières actives, les électrodes composites sont préparées à partir des bouillies contenant la matière active, un liant tel que le polyfluorure de vinylidène (PVDF) et des additifs conducteurs tels que le noir de carbone ou de graphite en suspension dans du N-méthylpyrrolidinone (NMP), coulée sur une ou l'autre aluminium ou en cuivre feuille coll...

Discussion

L'analyse des données indique que XANES-fait LiNi _x Co _1-2x Mn _x O ₂ (0,01 ≤ x ≤ 1) composés contient Ni ^{2 +,} Co ^{3 +} et Mn ^{4 +. 10} Une récente étude in situ XAS sur LiNi _0,4 Co _0,15 Al _0,05 Mn _0,4 O ₂ a montré que Ni ^{2 +} a été oxydé en Ni ^{3 +} et, finalement, Ni ^{4 +} pendant délithiation, mais que les processus d'oxydoréduction i...

matériels

Name	Company	Catalog Number	Comments
Equipment
Inert atmosphere glovebox	Vacuum Atmospheres	Custom order, contact vendors	Used during cell assembly and to store alkali metals and moisture sensitive components. (http://vac-atm.com)
Inert atmosphere glovebox	Mbraun		Various sizes (single, double) available, many options such as mini or heated antechambers oxygen/water removal systems, shelving, electrical feedthroughs, etc. (http://www.mbraunusa.com)
X-ray powder diffractometer (XRD)	Panalytical	X'Pert Powder	X'Pert is a modular system. Many accessories available for specialized experiments. (www.panalytical.com)
X-ray powder diffractometer (XRD)	Bruker	Bruker D2 Phaser	Bruker D2 Phaser is compact and good for routine powder analyses. (www.bruker.com)
Scanning Electron Microscope (SEM)		JSM7500F	High resolution field emission scanning electron microscope with numerous customizable options. JEOL (http://www.jeolusa.com) Low cost tabletop versions also available. Contact vendor for options.
Pouch Sealer	VWR	11214-107	Used to seal pouches for in situ work. (https://us.vwr.com)
Manual crimping tool	Pred Materials	HSHCC-2016, 2025, 2032, 2320	Used to seal coin cells. Match size to coin cell hardware. (www.predmaterials.com)
Coin cell disassembling tool	Pred Materials	Contact vendor	Used to take apart coin cells to recover electrodes for ex situ work. Needlenose pliers can also be used. Cover ends with Teflon tape to avoid shorting cells. (www.predmaterials.com)
Film casting knives	BYK Gardner	4301, 4302, 4303, 4304,4305,2325, 2326,2327,2328, 2329	Used to cast electrodes films from slurries. Different sizes available, with either metric or English gradations. Bar film or Baker-type applicators and doctor blades are less versatile but lower cost options. Can be used by hand or with automatic film applicators. (https://www.byk.com)
Doctor blades, Baker applicators	Pred Materials	Baker type applicator and doctor blade. Film casting knives also available.	Used to cast electrodes films from slurries. Different sizes available, with either metric or English gradations. Bar film or Baker-type applicators and doctor blades are less versatile but lower cost options. Can be used by hand or with automatic film applicators. (www.predmaterials.com)
Automatic film applicator	BYK Gardner	2101, 2105, 2121, 2122	Optional. Used with bar applicators, doctor blades, or film casting knives for automatic electrode film production. Films can also be made by hand but are less uniform. (https://www.byk.com)
Automatic film applicator	Pred Materials	Contact vendor	Optional. Used with bar applicators, doctor blades, or film casting knives for automatic electrode film production. Films can also be made by hand but are less uniform. (www.predmaterials.com)
Potentiostat/Galvanostat	Bio-Logic Science Instruments	VSP	Portable 5 channel computer-controlled potentiostat/galvanostat used to cycle cells for in situ experiments. (http://www.bio-logic.info)
Potentiostat/Galvanostat	Gamry Instruments	Reference 3000	Portable single channel computer-controlled potentiostat/galvanostat used to cycle cells for in situ experiments. (www.gamry.com)
The Area Diffraction Machine		Free download	Used for analysis of 2D diffraction data. Mac and Windows versions available. http://code.google.com/p/areadiffractionmachine/
IFEFFIT		Free download	Suite of interactive programs for XAS analysis, including Hephaestus, Athena, and Artemis. Available for Mac, Windows, and UNIX. http://cars9.uchicago.edu/ifeffit/
SIXPACK		Free download	XAS analysis program that builds on IFEFFIT. Windows and Mac versions. http://home.comcast.net/~sam_webb/sixpack.html
CelRef		Free download	Graphical unit cell refinement. Windows only. http://www.ccp14.ac.uk/tutorial/lmgp/celref.htm and http://www.ccp14.ac.uk/ccp/web-mirrors/lmgp-laugier-bochu/
Reagent/Material
Electrode active materials	various		Synthesized in-house or obtained from various suppliers.
Synthetic flake graphite	Timcal	SFG-6	Conductive additive for electrodes. (www.timcal.com)
Acetylene black	Denka	Denka Black	Conductive additive for electrodes. (http://www.denka.co.jp/eng/index.html)
1-methyl-2-pyrrolidinone (NMP)	Sigma-Aldrich	328634	Used to make electrode slurries. (www.sigmaaldrich.com)
Al current collectors	Exopack	z-flo 2650	Carbon-coated foils. Coated on one side. (http://www.exopackadvancedcoatings.com)
Al current collectors	Alfa-Aesar	10558	0.025 mm (0.001 in) thick, 30 cm x 30 cm (12 in x 12 in), 99.45% (metals basis), uncoated (http://www.alfa.com)
Cu current collectors	Pred Materials	Electrodeposited Cu foil	For use with anode materials for Li-ion batteries. (www.predmaterials.com)
Lithium foil	Rockwood Lithium	Contact vendor	Anode for half cells. Available in different thicknesses and widths. Reactive and air sensitive. Store and handle in an inert atmosphere glovebox under He or Ar (reacts with N2). (www.rockwoodlithium.com)
Lithium foil	Sigma-Aldrich	320080	Anode for half cells. Available in different thicknesses and widths. Reactive and air sensitive. Store and handle in an inert atmosphere glovebox under He or Ar (reacts with N2). (www.sigmaaldrich.com)
Sodium ingot	Sigma-Aldrich	282065	Anodes for half cells. Can be extruded into foils. Reactive and air sensitive. Store and handle in an inert atmosphere glovebox under He only. (www.sigmaaldrich.com)
Electrolyte solutions	BASF	Selectilyte P-Series contact vendor	Contact vendor for desired formulations. (http://www.catalysts.basf.com/p02/USWeb-Internet/catalysts/en/content/microsites/catalysts/prods-inds/batt-mats/electrolytes)
Dimethyl carbonate (DMC)	Sigma-Aldrich	517127	Used to wash electrodes for ex situ experiments. (www.sigmaaldrich.com)
Microporous separators	Celgard	2400	Polypropylene membranes (http://www.celgard.com)
Coin cell hardware (case, cap, gasket)	Pred Materials	CR2016, CR2025, CR2320, CR2032	Match size to available crimping tool, Al-clad components also available. (www.predmaterials.com)
Wave washers	Pred Materials	SUS316L	(www.predmaterials.com)
Spacers	Pred Materials	SUS316L	(www.predmaterials.com)
Ni and Al pretaped tabs	Pred Materials	Contact vendor	Sizes subject to change. Inquire about custom orders. (www.predmaterials.com)
Polyester pouches	VWR	11214-301	Used to seal electrochemical cells for in situ work. Avoid heavy duty pouches because of strong signal interference. (https://us.vwr.com)
Kapton film	McMaster-Carr	7648A735	Used to cover electrodes for ex situ experiments, 0.0025 in thick (www.mcmaster.com)
Helium, Argon and 4-10% hydrogen in helium or argon	Air Products	contact vendor for desired compositions and purity levels	Helium or argon used to fill glovebox where cell assembly is carried out and alkali metal is stored. (http://www.airproducts.com/products/gases.aspx)
Do not use nitrogen because it reacts with lithium. Use only helium if sodium is being stored. Purity level needed depends on whether the glovebox is equipped with a water and oxygen removal system. Hydrogen mixtures needed to regenerate water/oxygen removal system, if present or any other suitable gas supplier