Caratterizzazione di materiali per elettrodi per batterie agli ioni sodio e ioni di litio utilizzando tecniche Synchrotron Radiation

Riepilogo

Descriviamo l'utilizzo della spettroscopia di sincrotrone a raggi X di assorbimento (XAS) e diffrazione di raggi X tecniche (XRD) per sondare i dettagli dei processi di intercalazione / deintercalazione in materiali per elettrodi per batterie Li-ion e Na-ioni. Sia in situ e vengono utilizzati esperimenti ex situ per comprendere il comportamento strutturale rilevanti per il funzionamento dei dispositivi

Abstract

Composti di intercalazione come ossidi di metalli di transizione o fosfati sono i materiali per gli elettrodi più comunemente utilizzati a Li-ion e batterie Na-ione. Durante l'inserimento o la rimozione di ioni di metalli alcalini, gli stati redox di metalli di transizione nei composti cambiano e trasformazioni strutturali come transizioni di fase e / o di parametri reticolari aumenti o diminuzioni si verificano. Questi comportamenti, a loro volta determinano importanti caratteristiche delle batterie come i profili potenziali, le capacità dei tassi, e la vita di ciclo. I raggi X estremamente luminosi e accordabili prodotti dalla radiazione di sincrotrone permettono una rapida acquisizione di dati ad alta risoluzione che forniscono informazioni su questi processi. Trasformazioni nei materiali alla rinfusa, come transizioni di fase, possono essere osservati direttamente mediante diffrazione di raggi X (XRD), mentre la spettroscopia di assorbimento di raggi X (XAS) fornisce informazioni sulle strutture elettroniche e geometriche locali (ad esempio cambiamenti di stato redox e bond lengths). Negli esperimenti in situ effettuati su cellule operativi sono particolarmente utili perché consentono diretta correlazione tra le proprietà elettrochimiche e strutturali dei materiali. Questi esperimenti sono richiede tempo e può essere difficile progettare causa della reattività e sensibilità aria degli anodi di metallo alcalino utilizzati nelle configurazioni semi-cella, e / o la possibilità di interferenza del segnale da altri componenti cellulari e hardware. Per queste ragioni, è opportuno effettuare esperimenti ex situ (ad esempio sugli elettrodi raccolte da cellule parzialmente cariche o bici) in alcuni casi. Qui vi presentiamo protocolli dettagliati per la preparazione di entrambi ex situ e in situ di campioni per esperimenti che coinvolgono radiazione di sincrotrone e dimostrare come sono fatti questi esperimenti.

Introduzione

Batterie agli ioni di litio per l'elettronica di consumo attualmente comandano un mercato 11 miliardi dollari in tutto il mondo ( http://www.marketresearch.com/David-Company-v3832/Lithium-Ion-Batteries-Outlook-Alternative-6842261/ ) e sono la prima scelta per le applicazioni veicolari emergenti come plug-in veicoli ibridi elettrici (PHEV) e veicoli elettrici (EV). Analoghi a questi dispositivi che utilizzano ioni di sodio piuttosto che di litio sono in precedenti fasi di sviluppo, ma sono considerate attraenti su larga scala lo stoccaggio di energia (cioè applicazioni grid) in base al costo e argomenti sulla sicurezza dell'approvvigionamento ^{1, 2.} Entrambi i sistemi dual intercalazione funzionano sullo stesso principio; ioni di metalli alcalini navetta tra due elettrodi che fungono da strutture di accoglienza, che subiscono processi di inserimento in diversi potenziali. Le celle elettrochimiche stessi sono reltivamente semplice, costituito compositi elettrodi positivi e negativi sui collettori di corrente, separati da una membrana porosa saturato con una soluzione elettrolitica di solito costituito da un sale disciolto in una miscela di solventi organici (Figura 1). Grafite e LiCoO ₂ sono gli elettrodi più comunemente impiegato negativo e positivo, rispettivamente, per batterie agli ioni di litio. Diversi materiali per elettrodi alternativi sono stati sviluppati per applicazioni specifiche, comprese le varianti di LiMn ₂ O ₄ spinello, LiFePO ₄ con la struttura olivina e paesi terzi mediterranei (Lini _x Mn _x Co _1-2x O ₂ composti) per i positivi e carboni duri, Li ₄ Ti ₅ O _12, e leghe di litio con stagno per negativi ^3. Materiali di alta tensione come Lini _0,5 Mn _1,5 O _4, i nuovi materiali ad alta capacità come i compositi a strati strati (ad esempio XLI ₂ MnO _{3 · (1-x) LiMn 0.5 Ni 0.5 O 2), composti con metalli di transizione che possono subire più modifiche negli stati redox e anodi in lega Li-Si sono attualmente oggetto di ricerca intensa, e, se implementato correttamente, dovrebbe aumentare le densità di energia pratici di celle agli ioni di litio ulteriormente. Un'altra classe di materiali, noto come elettrodi di conversione, in cui gli ossidi di metalli di transizione, solfuri, o fluoruri sono reversibilmente ridotti all'elemento metallico e un sale di litio, sono anche in considerazione per l'uso come elettrodi della batteria (principalmente in sostituzione di anodi) ^4. Per i dispositivi basati su sodio, carboni duri, leghe, strutture NASICON, e titanati sono stati studiati per essere utilizzati come anodi e vari ossidi di metalli di transizione e composti polianionici come catodi.}

Perché batterie agli ioni di litio e ioni sodio non sono basate su chimiche fissi, le loro caratteristiche prestazionali variano notevolmente a seconda tegli elettrodi che vengono impiegati. Il comportamento redox degli elettrodi determina i profili potenziali, capacità di tasso, e la vita di ciclo delle periferiche. Polvere tradizionale diffrazione di raggi X (XRD) tecniche possono essere utilizzate per la caratterizzazione strutturale iniziale dei materiali incontaminate e misure ex situ sugli elettrodi ciclato, ma considerazioni pratiche quali la bassa intensità del segnale e relativamente lunghi tempi necessari per raccogliere dati limitare la quantità di informazioni che possono essere ottenuti sui processi di scarica e carica. Al contrario, i brillantezza e brevi lunghezze d'onda della radiazione di sincrotrone (ad esempio λ = 0,97 A a linea di luce della Stanford Synchrotron Radiation di Lightsource 11-3), combinata con l'uso di rilevatori di immagine ad alta velocità, acquisizione permesso di dati ad alta risoluzione su campioni in un minimo di 10 sec. Nel lavoro situ viene eseguito in modalità di trasmissione su componenti cellulari in fase di carica e scarica in ermeticamente chiusosacchetti trasparenti ai raggi X, senza dover interrompere il funzionamento per l'acquisizione dei dati. Come risultato, i cambiamenti strutturali elettrodi possono essere osservati come "istantanee in tempo" come i cicli cellulari, e molte altre informazioni possono essere ottenute rispetto alle tecniche convenzionali.

Spettroscopia di assorbimento di raggi X (XAS), anche a volte indicato come X-ray Absorption Fine Structure (XAFS) fornisce informazioni sulla struttura elettronica e geometrica locale di materiali. Negli esperimenti XAS, l'energia del fotone è sintonizzato i caratteristici bordi di assorbimento degli elementi specifici sotto inchiesta. Più comunemente per i materiali della batteria, queste energie corrispondono alle K-bordi (1s orbitali) dei metalli di transizione di interesse, ma XAS morbide esperimenti sintonizzati O, F, C, B, N e L _2,3 bordi della prima fila metalli di transizione sono anche a volte eseguite su campioni ex situ ^5. Gli spettri generati da esperimenti XAS può essere diviso in vari distregioni inct, contenenti informazioni diverse (vedi Newville, M., Fondamenti di XAFS, http://xafs.org/Tutorials?action=AttachFile&do=get&target=Newville_xas_fundamentals.pdf ). La caratteristica principale, costituito dal bordo di assorbimento ed estendentesi circa 30-50 eV là è l'assorbimento di raggi X Vicino struttura di bordo (XANES) regione e indica la soglia di ionizzazione dei continui stati. Questo contiene informazioni sullo stato di ossidazione e chimica di coordinazione dell'assorbitore. La parte più alta energia dello spettro è noto come X-ray Absorption Fine Structure esteso (EXAFS) regione e corrisponde alla dispersione del fotoelettroni espulso fuori atomi vicini. Analisi di Fourier di questa regione dà a corto raggio le informazioni strutturali quali lunghezze di legame e il numero ei tipi di ioni vicini. Preedge presenta sotto il characteristic energie di assorbimento di alcuni composti anche a volte appaiono. Questi derivano da dipolo proibite transizioni elettroniche svuotare stati legati per geometrie ottaedrica, o dipolo consentiti effetti ibridazione orbitale a quelli tetraedrici e spesso possono essere correlati alla simmetria locale dello ione assorbente (ad esempio se è tetraedrica o octahedrally coordinato) ^6.

XAS è una tecnica particolarmente utile per lo studio di sistemi metallici misti come PTM di determinare stati redox iniziali e che gli ioni di metalli di transizione redox subiscono durante i processi delithiation e Lithiation. I dati su diversi metalli diversi si possono ottenere rapidamente in un singolo esperimento e l'interpretazione è abbastanza semplice. Al contrario, spettroscopia Mossbauer è limitata a poche metalli utilizzati in materiali batteria (principalmente, Fe e Sn). Mentre misure magnetiche possono anche essere utilizzati per determinare stati di ossidazione, effetti di accoppiamento magnetici possono complicanzeTE interpretazione particolare per gli ossidi complessi quali la PTM.

Well-programmate e-eseguiti in situ ed ex situ XRD sincrotrone ed esperimenti XAS forniscono informazioni complementari e consentono una visione più completa da formare dei cambiamenti strutturali che si verificano in materiali per elettrodi durante il funzionamento normale batteria di quello che può essere ottenuto con tecniche convenzionali. Questo, a sua volta, consente una maggiore comprensione di ciò che governa il comportamento elettrochimico dei dispositivi.

Protocollo

1. Pianificazione degli esperimenti

1. Identificare esperimenti linea di fascio di interesse. Fare riferimento alle pagine web di linea fascio come guide. Per SSRL XAS e XRD, questi 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. Contatta scienziato linea di fascio e discutere i dettagli dell'esperimento.
2. Controllare le scadenze e requisiti per le proposte andando sul sito in questione.
3. Scrivi la proposta tempo del fascio e inviare.
4. Dopo che la proposta è stata segnata, il tempo del fascio pianificazione.
5. Seguire le istruzioni fornite dalla struttura di prepararsi per tempo del fascio. Considerare i dettagli dell'esperimento, trasporti dei materiali (in particolare di dispositivi contenenti metalli alcalini) e le attrezzature, ed eventuali problemi di sicurezza. Formazione sulla sicurezza è generalmente richiesto per i nuovi utenti.

2. Preparazione dei Materiali, elettrodi e celle

1. Sintetizzare o ottenere materiale attivo di interesse.
2. Caratterizzare materiale da convenzionale a raggi X diffrazione della polvere, utilizzando passi 2.2.1-2.2.9.
   1. Macinare in polvere e setaccio per assicurare una distribuzione granulometrica uniforme.
   2. Caricare campione in supporto del campione. Rimuovere il backplate dal supporto e posizionarlo contro una lastra di vetro. Riempire la cavità con polvere, quindi collegare backplate, titolare di vibrazione e rimuovere diapositiva. Questo assicura che la polvere è anche con la superficie del supporto e che la superficie sia piana.
   3. Entra nel giornale di bordo per il diffrattometro.
   4. Inserire il supporto del campione nella diffrattometro e allineare.
   5. Chiudere porte del diffrattometro.
   6. Utilizzo del programma di raccolta dati sul computer collegato al Pandiffrattometro alytical, aumento di tensione e corrente per valori appropriati per la misurazione. Selezionare fessure e maschere fascio per l'esperimento. Selezionare o modificare il programma per la scansione.
   7. Programma e il nome del file di dati Avvia. Bloccare le porte diffrattometro scorrendo distintivo quando richiesto dal programma. Raccogliere i dati.
   8. Analizzare modello utilizzando il programma High Score. In particolare, cercare la presenza di impurità (riflessioni supplementari) e se modello corrisponde a quello dei materiali di riferimento o modelli calcolati.
   9. Rimuovere il campione dal diffrattometro. Abbassate le porte di corrente e tensione, e chiudere. Esci, rilevando eventuali condizioni anomale.
3. Ottenere scansione microscopio elettronico per valutare morfologie delle particelle, utilizzando passi 2.3.1-2.3.10.
   1. Preparare campione allegando nastro di carbonio ad un stub in alluminio, e spruzzando la polvere campione sul lato adesivo. Provare per magnetismo tenendo un magnete cucina sul campione.
   2. Inserire il campione nella camera di SEM via airlock.
   3. Una volta stabilita vuoto, girare tensione di accelerazione su.
   4. In modalità basso ingrandimento, regolare il contrasto e la luminosità. Questo è più convenientemente eseguita utilizzando il pulsante ACB.
   5. Trova area di interesse attraverso la scansione manualmente nelle direzioni X e Y.
   6. Passare alla modalità fascio dolci SEM o, se maggiore ingrandimento si desidera. Selezionare rivelatore desiderato e impostare la distanza di lavoro per i valori appropriati per l'esperimento.
   7. Regolare il contrasto e la luminosità con la manopola ACB.
   8. Mettere a fuoco l'immagine con controllo di fase z.
   9. Allineare fascio, correggere l'astigmatismo e concentrarsi con x e y manopole.
   10. Scattare foto, se lo desideri, utilizzando il tasto di foto, e salvare nella cartella appropriata sul computer.
   11. Al termine, spegnere tensione di accelerazione. Spostare campione di scambiare la posizione e rimuovere dalla camera attraverso camera di compensazione.
4. Condurre analisi elementare mediante ICP, se necessario, e caratterizzazione di materiali con altre tecniche richieste, quali IRo spettroscopia Raman.
5. Fabbricare elettrodi, utilizzando passi 2.5.1-2.5.8.
   1. Effettuare una soluzione del 5-6% (wt.) fluoruro di polivinile (PVDF) in N-methylpyrolidinone (NMP).
   2. Mill materiale insieme attivo e additivo conduttivo (nero acetilene, grafite, ecc.).
   3. Aggiungere la soluzione NMP dal punto 2.3.1 al liofilizzato dal punto 2.3.2 e mescolare. Proporzioni variano a seconda della natura del materiale attivo, ma una composizione finale secca 80:10:10 (materiale attivo: PVDF: additivo conduttivo) è comune.
   4. Utilizzando una racla e (facoltativamente) un tavolo vuoto, gettare slurry elettrodo su un collettore di corrente Al o Cu. Carbonio rivestito foglio di alluminio può essere usato per materiali catodici batteria Li-ion e di tutti i materiali per elettrodi Na-ione, e Cu lamina viene utilizzato per materiali anodo Li-ion.
   5. Lasciare gli elettrodi asciugare.
   6. Elettrodi a secco ulteriormente utilizzando una lampada a infrarossi, piastra calda o forno a vuoto.
   7. Tagliare o perforare elettrodi alla dimensione necessaria. Pesare elettrodi.
   8. Trasferire elettrodi ad un'atmosfera cassetto portaoggetti inerte. Una ulteriore fase di essiccazione con un anticamera riscaldata a vuoto attaccato al cassetto portaoggetti si consiglia di rimuovere tutta l'umidità residua.
6. Montare dispositivi elettrochimici (cellule di solito moneta, ma altre configurazioni possono essere utilizzati per la caratterizzazione elettrochimica) per la caratterizzazione iniziale, campioni ex situ, e / o sperimentare linea di fascio, utilizzando passi 2.6.1-2.6.7.
   1. Raccogliere tutti i componenti necessari in atmosfera inerte cassetto portaoggetti.
   2. Tagliare litio o foglio di sodio alla dimensione desiderata.
   3. Tagliare separatore microporoso alle dimensioni desiderate.
   4. Componenti di livello in questo ordine nel dispositivo: elettrodi, separatori, soluzione elettrolitica, e Li Na o stagnola.
   5. Aggiungi distanziali e rondelle ondulate, se necessario.
   6. Sigillare cella utilizzando una pressa a bottone.
   7. Per gli esperimenti in situ XRD, collegare schede per entrambi i lati della cella moneta e sigillare dispositivo in custodia in poliestere.
7. Eseguire esperimento elettrochimico per la caratterizzazione iniziale o di lavoro ex situ, utilizzando passi 2.7.1-2.7.6.
   1. Collegare i cavi dal potenziostato / galvanostato oa ciclo di dispositivo e misurare il potenziale di circuito aperto.
   2. Scrivere il programma per l'esperimento elettrochimica desiderato oppure selezionare un programma archiviato.
   3. Eseguire esperimento e raccogliere dati.
   4. Per gli esperimenti ex situ, smontare il dispositivo in cassetto portaoggetti, facendo attenzione a non provocare cortocircuiti. Per le cellule della moneta, utilizzare un utensile o pinza avvolti con nastro di teflon disassembler batteria a bottone.
   5. Risciacquare gli elettrodi con dimetilcarbonato per eliminare il sale elettrolita residuo. Lasciarli asciugare.
   6. Elettrodi di copertura per ex studio situ con Kapton pellicola per esperimenti XRD o nastro adesivo per XAS e conservare nel cassetto portaoggetti fino a quando l'esperimento è eseguito.
8. Polveri destinati studio XAS devono essere setacciate per garantire la dimensione delle particelle omogeneogeneità. Possono quindi essere spruzzato su diversi pezzi di scotch. Una serie di campioni può essere preparato impilando progressivamente più numerosi pezzi di nastro in polvere insieme. Ciò è particolarmente utile se l'utente è incerto circa la quantità di polvere necessaria per il segnale ottimale.
   1. In alternativa, polveri per le misure XAS possono essere diluite con BN se l'utente è fiducioso su quello che si tradurrà nel segnale ottimale.

3. Prestazioni di esperimenti presso l'impianto di sincrotrone

1. Alcuni giorni prima dell'esperimento è quello di iniziare, il trasporto piano di materiali e attrezzature per la struttura.
   1. Per i dispositivi che contengono anodi di metalli alcalini, la spedizione è necessario per evitare pericoli associati con il trasporto in veicoli personali o pubblici.
   2. Attrezzature come portatili galvanostato / potenziostati e computer portatili e campioni non pericolosi come elettrodi per lavoro ex situ può essere brought alla struttura dall'individuo che svolge gli esperimenti in qualsiasi modo conveniente.
2. Check-in e registrarsi presso la struttura.
3. Per entrambi in situ ed ex situ esperimenti XRD, prendere un modello di riferimento di LaB ₆ ai fini della calibrazione.
   1. Contatta linea di luce scienziato e personale per le istruzioni.
   2. Calibrare fascio di trovare le condizioni giuste fascio.
   3. Misurare modello di riferimento di LaB _6.
4. Per esperimenti XRD in situ, istituito dispositivo e avviare esperimenti seguenti passaggi 3.4.1-3.4.6.
   1. Inserire la busta in piastre di pressione Al e assicurarsi che i fori siano allineati correttamente per consentire al fascio di raggi X di trasmettere.
   2. Trovare la posizione del fascio ottimale e il tempo di esposizione. L'esposizione prolungata può portare a sovrasaturazione. Decidere se campione sarà scosso o stazionaria.
   3. Prendere modello iniziale prima elettrochimica viene avviato.
   4. Allega conduce da zincanostat / potenziostato al dispositivo.
   5. Inizia esperimento elettrochimica.
   6. Ottenere dati. Una sperimentazione è in corso, la raccolta dei dati è automatica, e l'utente solo bisogno di sorvegliare per assicurarsi esperimento sta andando come previsto.
5. Impostare esperimenti XAS.
   1. Check-in e contattare linea di luce scienziato e personale per le istruzioni.
   2. Inserire campione e materiale di riferimento lamina (a seconda del metallo che viene misurato, ad esempio Ni per bordo Ni K).
   3. Allineare campione.
   4. Determinare l'energia di bordo specifico del metallo con Efesto di IFEFFIT. Tune monocromatore, poi stonare di circa il 30% per eliminare le armoniche di ordine superiore. Cambiare guadagni per regolare I ₁ e I ₂ offset di misura.
   5. Prendere la misura. Due o più scansioni devono essere prelevati e uniti per l'elemento di interesse.
   6. Ripetere i passaggi da 3.5.3 a 3.5.5 per gli elementi aggiuntivi, se necessario.

4. DatiAnalisi

1. Per il lavoro XRD, calibrare l'immagine Laboratorio _6.
   1. Area Download diffrazione della macchina, che è disponibile tramite il codice di Google ( http://code.google.com/p/areadiffractionmachine/ ).
   2. Aprire l'immagine per LaB ₆ diffrazione e utilizzare i valori di calibrazione iniziali dalla intestazione del file.
   3. Aprire il riferimento Q (= 2π / d) valori di LaB _6.
   4. Calibrare l'immagine di diffrazione LaB ₆ con i valori di Q e l'ipotesi iniziale dei valori di calibrazione.
   5. Ottenere valori di calibrazione corretti per immagine raccordo.
   6. Salvare i valori di calibrazione nel file di calibrazione.
2. Calibrare le immagini dei dati dall'esperimento.
   1. Aprire le immagini di diffrazione dall'esperimento.
   2. Aprire il file di calibrazione dal riferimento LaB ₆ (salvato nel passaggio 4.1.6).
   3. Aperto the di riferimento Q (= 2π / d) valori di Al o Cu (collettori di corrente degli elettrodi) e li usano come riferimenti interni.
   4. Calibrare le immagini del modello per immagine raccordo.
   5. Integrare l'immagine di Q vs dati di intensità (scansioni di linea).
   6. Modelli Fit utilizzando il programma di montaggio desiderato (CelRef, Powdercell, RIQAS, GSAS, ecc.).
3. Elaborare dati elettrochimici con qualsiasi conveniente programma plotting (Excel, Origin, KaleidaGraph, Igor, ecc.).
4. Per i dati XAS, utilizzare ARTEMIS / ATHENA nel pacchetto software IFEFFIT per l'analisi.
   1. Calibrare dati utilizzando il primo picco nel derivato degli spettri di assorbimento dei metalli di riferimento.
   2. Unisci come scansioni.
   3. Sottrarre background e normalizzare i dati.
   4. Utilizzare la funzione AUTOBK di isolare i dati EXAFS.
   5. Trasformata di Fourier dei dati EXAFS.
   6. Utilizzare un minimi quadrati agli spettri di Fourier trasformata in spazio o R k per estrarre structurainformazioni l.

Risultati

La figura 2 mostra una tipica sequenza utilizzata per un esperimento in situ. Dopo la sintesi e caratterizzazione di polveri del materiale attivo, elettrodi compositi vengono preparati impasti contenenti il ​​materiale attivo, un legante come polivinilidene fluoruro (PVDF) e additivi conduttivi come nerofumo o grafite sospeso in N-metilpirrolidinone (NMP), espressi su entrambi collettori di corrente foglio di alluminio o rame. L'alluminio è utilizzato per catodi di batterie agli ioni d...

Discussione

L'analisi dei dati XANES indicano che, come fatto a Lini _x Co _1-2x Mn _x O ₂ (0,01 ≤ x ≤ 1) composti contiene Ni ^{2 +,} Co ^{3 +} e Mn ^{4 +. 10} Un recente studio in situ XAS su Lini _0.4 Co _0.15 Al _0,05 Mn _0,4 O ₂ ha mostrato che Ni ^{2 +} è stato ossidato a Ni ^{3 +} e, in ultima analisi, Ni ^{4 +} durante delithiation, ma che i processi di ossidoriduzione...

Materiali

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