Характеристика электродных материалов для литий-ионных и натрия-ионных аккумуляторов с использованием методов синхротронного излучения

Резюме

Мы описали использование синхротронного рентгеновского абсорбционной спектроскопии (XAS) и рентгеновской дифракции (РД) методы, чтобы проверяющие детали интеркаляция / деинтеркаляции процессов в электродных материалов для литий-ионных и Na-ионных батарей. И в месте и бывшие экспериментов на месте используются, чтобы понять структурную поведение, имеющие отношение к эксплуатации приборов

Аннотация

Интеркаляционные соединения, такие как оксиды или фосфаты переходных металлов являются наиболее часто используемые материалы электродов в литий-ионных и Na-ионных батарей. Во время вставки или удаления ионов щелочных металлов, окислительно-восстановительные состояния переходных металлов в соединениях изменить и структурные превращения, такие как фазовых переходов и / или увеличения решетки параметров или уменьшать произойти. Такие действия в свою очередь, определяют важные характеристики батарей, таких как потенциальных профилей, возможностей ставок, и жизни цикла. Чрезвычайно яркие и настраиваемые рентгеновские лучи, произведенные синхротронного излучения позволяют быстро приобретение данных высокого разрешения, которые предоставляют информацию об этих процессах. Преобразования в сыпучих материалов, таких как фазовые переходы, может быть непосредственным наблюдением с помощью рентгеновской дифракции (РД), в то время как рентгеновская спектроскопия поглощения (XAS) дает информацию о местных электронных и геометрических структур (например, изменения в окислительно-восстановительных государств и облигации лengths). экспериментов на месте, проведенных в операционных клеток особенно полезны, поскольку они позволяют прямую связь между электрохимических и структурных свойств материалов. Эти эксперименты отнимает много времени и может быть сложным для разработки за счет реакционной способности и чувствительность воздуха анодов щелочных металлов, используемых в конфигурации половины клеток, и / или возможность интерференции сигнала от других клеточных компонентов и аппаратных средств. По этим причинам, целесообразно проводить бывших экспериментов на месте (например, на электродах найденным частично заряженных или отработавших цикл клеток) в некоторых случаях. Здесь мы представляем подробные протоколы для подготовки как экс месте и в образцах на места для экспериментов с использованием синхротронного излучения и продемонстрировать, как эти эксперименты делаются.

Введение

Литий-ионные аккумуляторы для бытовой электроники в настоящее время командовать рынок $ 11 млрд по всему миру ( http://www.marketresearch.com/David-Company-v3832/Lithium-Ion-Batteries-Outlook-Alternative-6842261/ ) и являются основным выбором для развивающихся автомобильных приложений, таких как гибридных электрических транспортных средств (PHEVs) и электрических транспортных средств (EVS). Аналоги на эти устройства, использующие ионы натрия, а не литий находятся на более ранних стадиях развития, но считаются привлекательными для крупномасштабного хранения энергии (т.е. грид-приложений) на основе стоимости и аргументов безопасности питания ^{1, 2.} Оба двойные системы интеркаляционные работать по тому же принципу, ионы щелочных металлов курсируют между двумя электродами, выступающих в качестве принимающих структур, которые проходят процессы вставки на разных потенциалов. Электрохимические ячейки сами рстотносительно просто, состоящий из композитных положительных и отрицательных электродов на токоприемников, разделенных пористой мембраны, насыщенным раствором электролита обычно состоящей из соли растворяют в смеси органических растворителей (рис. 1). Графит и LiCoO ₂ являются наиболее часто используются отрицательные и положительные электроды, соответственно, для ионно-литиевых батарей. Несколько альтернативных электродные материалы были также разработаны для конкретных приложений, в том числе вариантов LiMn ₂ O ₄ шпинели, LiFePO ₄ со структурой оливина и НМЦ (LiNi _х Мп _х Co _1-2x O ₂ соединения), для положительных и жесткие атомов углерода, Li ₄ Ti ₅ O _12, и сплавы лития с оловом для негативов ^3. Материалы высокого напряжения, как Lini _0,5 Мп _1,5 O _4, новые материалы с высокой пропускной способностью, таких как слоисто-слоистых композитов (например XLI ₂ MnO <суб> 3 · (1-х) LiMn _0,5 Ni _0,5 O _2), соединения с переходными металлами, которые могут пройти несколько изменений в окислительно-восстановительных государств, и Ли-Si с аноды в настоящее время субъекты интенсивных исследований, и, если успешно развернуты, должны поднять практические плотности энергии литий-ионных ячеек дальше. Другой класс материалов, называемый конверсии электродов, в которых оксиды переходных металлов, сульфиды, фториды или обратимо сводится к металлическим элементом и литиевой соли, также рассматриваемый для использования в качестве электродов батарей (в первую очередь в качестве замены для анодов) ^4. Для устройств на базе натрия, жесткие атомов углерода, сплавы, NASICON структур и титанаты расследуются для использования в качестве анодов и различных оксидов переходных металлов и полианионных соединений в качестве катодов.

Поскольку литий-ионные и ион натрия батареи не основаны на фиксированных химии, их характеристики могут отличаться в зависимости от тон электродов, которые используются. Поведение окислительно-восстановительный электродов определяет потенциальные профили, возможности ставок, и цикловых жизнь устройств. Обычные порошок дифракции рентгеновских лучей (XRD) методы могут быть использованы для первоначальной структурной характеристике нетронутых материалов и измерений вне мест отработавших цикл электродов, но практических соображений, таких как низкой интенсивности сигнала и относительно больших временах, необходимых для сбора данных ограничить объем информации которые могут быть получены от процессов разрядки и зарядки. В противоположность этому, высокий блеск и короткие длины волн синхротронного излучения (например, λ = 0,97 А при пучкового Стэнфордского синхротронного излучения источника света в 11-3), в сочетании с использованием высокой пропускной изображения детекторов, лицензий и разрешений данных высокого разрешения на образцах в лишь 10 сек. В месте работы выполняется в режиме передачи на клеточных компонентов, подвергающихся зарядки и разрядки в герметичномешочки прозрачные для рентгеновских лучей, без необходимости остановки работы для получения данных. В результате электродные структурные изменения можно наблюдать как "моментальных снимков во времени", как и клеточных циклов, и многое другое информация может быть получена по сравнению с обычными методами.

Рентгеновская спектроскопия поглощения (XAS), также иногда называют рентгеновского поглощения Тонкая структура (XAFS) дает информацию о локальной электронной и геометрической структуры материалов. В РАС экспериментов, энергия фотона настроен на характерных краев поглощения на конкретные элементы в рамках расследования. Чаще всего для батареи материалов, эти энергии соответствуют K-краев (1s-орбиталей) переходных металлов, представляющих интерес, но мягкие XAS эксперименты настроен на O, F, C, B, N и L _2,3 края первого ряда переходные металлы также иногда проводились на образцах вне мест ^5. Спектры порожденная РАС экспериментов можно разделить на несколько р-нINCT регионы, содержащие различную информацию (см. Newville, М., Основы XAFS, http://xafs.org/Tutorials?action=AttachFile&do=get&target=Newville_xas_fundamentals.pdf ). Главной особенностью, состоящей из края поглощения и расширение о 30-50 эВ За это рентгеновского поглощения околопороговой структуры (XANES) область и указывает на порог ионизации в континуум состояний. Этот документ содержит информацию о состоянии окисления и координационной химии поглотителя. Чем выше энергия часть спектра известен как расширенного рентгеновского поглощения тонкой структуры (EXAFS) области и соответствует рассеянию выброшенного фотоэлектроном выключения соседние атомы. Фурье-анализ этого региона дает ближний структурную информацию, такую ​​как длин связей и количествах и типах соседних ионов. Preedge имеет ниже Characteristтакже иногда появляются энергии поглощения IC некоторых соединений. Они возникают из дипольных запрещенных электронных переходов, чтобы освободить связанные состояния для октаэдрических геометрии, или дипольных разрешенные эффекты орбитальной гибридизации в тетраэдрических них и часто могут быть соотнесены с локальной симметрии поглощающего иона (например, является ли это тетраэдрически или октаэдрически скоординированный) ^6.

XAS является особенно полезным методом для изучения смешанные системы металлов, такие как НМЦ определить начальные окислительно-восстановительные состояния и которых ионы переходных металлов пройти окислительно-восстановительного потенциала во delithiation и литиирования процессов. Данные о нескольких различных металлов могут быть быстро получены в одном эксперименте и интерпретация достаточно проста. В противоположность этому, мессбауэровской спектроскопии ограничивается лишь несколько металлов, используемых в батареи материалов (в первую очередь, Fe и Sn). В то время как магнитные измерения также могут быть использованы для определения степени окисления, магнитные эффекты сочетания могут осложненийТе интерпретация особенно сложных оксидов, таких как НМЦ.

Хорошо спланированные и выполненный на месте и ex-situ синхротронного РСА и XAS эксперименты дают дополнительную информацию и дать более полную картину, который будет сформирован из структурных изменений, происходящих в электродных материалов во время нормальной работы аккумулятора, чем то, что можно получить с помощью обычных методов. Это, в свою очередь, дает более глубокое понимание того, что управляет электрохимического поведения устройств.

протокол

1. Планирование экспериментов

1. Определить линии луча эксперименты интересов. Обратитесь к линии луча веб-страниц в качестве проводников. Для SSRL XAS и РСА, это 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. Связаться с линии луча ученым и обсудить детали эксперимента.
2. Проверьте сроки и требования к предложениям, зайдя в соответствующем веб-сайте.
3. Написать времени предложение луча и нажмите кнопку.
4. После того, как предложение было забито, время график луча.
5. Следуйте инструкциям на объекте, чтобы подготовиться к времени луча. Рассмотрим подробнее эксперимента, тransport материалов (особенно устройств, содержащих щелочные металлы) и оборудование, а также любые проблемы безопасности. Подготовка в области безопасности, как правило, требуется для новых пользователей.

2. Подготовка материалов, электродов, а клетки

1. Обобщить или получить активный материал интересов.
2. Охарактеризовать материал с помощью обычной рентгеновской порошковой дифракции, используя шаги 2.2.1-2.2.9.
   1. Измельчите порошок и сито, чтобы обеспечить равномерное распределение частиц по размерам.
   2. Загрузите образец в держателе образца. Удалить заднюю крышку из держателя и поместите его против предметное стекло. Заполните полость с порошком, затем приложите заднюю крышку, держатель флип и удалить слайд. Это гарантирует, что порошок даже с поверхностью держателя и что поверхность является плоской.
   3. Войдите в журнале для дифрактометра.
   4. Вставьте держатель образца в дифрактометре и выровнять.
   5. Закрыть двери дифрактометре.
   6. Использование программы сборщика данных на компьютере, подключенном к Панalytical дифрактометр, увеличение напряжения и тока до значений, соответствующих для измерения. Выберите щели и маски луча для эксперимента. Выберите или модифицировать программу для сканирования.
   7. Начните программу и имя файла данных. Блокировка дифрактометра двери, проводя знак, когда будет предложено программой. Сбор данных.
   8. Анализ выкройку из Высокая Оценка программы. В частности, обратите внимание на наличие примесей (экстрарефлексы) и соответствует ли образец, который справочных материалов или расчетных моделей.
   9. Снять образец с дифрактометра. Выключите тока и напряжения, а закрывать двери. Выйдите из системы, отмечая любые необычные условия.
3. Получить на сканирующем электронном микроскопе для оценки морфологии частиц, используя шаги 2.3.1-2.3.10.
   1. Подготовка образца путем присоединения углерода ленту к алюминиевой заглушкой, и окропление образец порошка на клейкой стороной. Проверьте для магнетизма путем проведения кухня магнит над образца.
   2. Вставьте образец в SEM камеру через airloск.
   3. Как только вакуум устанавливается, включите ускоряющего напряжения на.
   4. В режиме низкой увеличения, настроить контрастность и яркость. Это наиболее удобно проводить с помощью кнопки ACB.
   5. Найти область интереса вручную сканирования в направлениях Х и Y..
   6. Перейти к SEM или режимов мягкий луч, если большем увеличении желательно. Выбор желаемого детектор и установить рабочее расстояние до значений, подходящих для эксперимента.
   7. Отрегулируйте яркость и контрастность с помощью ручки ACB.
   8. Фокус картинку с контрольными этап г.
   9. Совместите луч, правильный астигматизм и сфокусироваться с помощью х и у ручки.
   10. Сфотографируйте по желанию, используя кнопку фото, и сохранить в соответствующую папку на компьютере.
   11. Когда закончите, выключите ускоряющего напряжения. Перемещение образца для обмена позицию и снять с камеры через шлюз.
4. Проведение элементного анализа по ПМС, если это необходимо, и характеризуют материалы с любыми другими желаемыми способами, такими как ИКили спектроскопии комбинационного рассеяния света.
5. Изготовление электродов, используя шаги 2.5.1-2.5.8.
   1. Сделать раствор 5-6% (мас.) из поливинилиденфторида (ПВДФ) в N-methylpyrolidinone (NMP).
   2. Мельница вместе активный материал и проводящий добавка (ацетиленовой сажи, графита и т.д..).
   3. Добавить решение NMP с шага 2.3.1 для сухого порошка с шага 2.3.2 и перемешать. Пропорции варьировать в зависимости от природы активного материала, но конечный сухой состав 80:10:10 (активного материала: ПВДФ: проводящий добавка) является общим.
   4. Использование лезвие и (опционально) вакуумного стола, литая электрода суспензии на качестве токосъемника Аль или Cu. Углерод покрытием алюминиевая фольга может быть использован для литий-ионный аккумулятор катодных материалов и всех Na-ионных электродных материалов, а Cu фольга используется для литий-ионных анодных материалов.
   5. Разрешить электродов до воздушно-сухого.
   6. Сухие электроды дальше, используя ИК-лампы, плитой, или в вакуумной печи.
   7. Вырезать или удар электродов с размером необходимого. Взвесьте электроды.
   8. Трансфер электроды к инертной атмосферой перчаток. Дополнительный этап сушки с использованием вакуумного подогревом прихожую, прикрепленный к бардачке рекомендуется удалить все остатки влаги.
6. Соберите электрохимические устройства (обычно монет клеток, но и другие конфигурации могут быть использованы для электрохимической характеристики) для начальной характеристике, образцы ex-situ, и / или линии луча эксперимент, используя шаги 2.6.1-2.6.7.
   1. Соберите все необходимые компоненты в инертной атмосферой перчаток.
   2. Cut литий или натрий фольгу до нужного размера.
   3. Cut микропористый сепаратор до нужного размера.
   4. Компоненты слой в этом порядке в устройстве: электродные, сепаратор, электролитического раствора, и Ли или Na фольга.
   5. Добавить распорки и волновые шайбы по мере необходимости.
   6. Уплотнение ячейки с помощью плоской литиевой нажмите.
   7. В Ситу РСА экспериментов, приложите вкладки по обе стороны от монеты ячейки и запечатать устройство в полиэфирной сумке.
7. Выполните электрохимический эксперимент для первоначального характеристики или экс работы месте, используя шаги 2.7.1-2.7.6.
   1. Подключите провода от потенциостата / гальваностата или циклере к устройству и измерить открытый потенциал цепи.
   2. Написать программу для электрохимического эксперимента желаемого или выберите из архива программы.
   3. Запустите эксперимент и собирать данные.
   4. Для бывших экспериментов на месте, разбирать устройство в бардачке, заботясь, чтобы не короткого замыкания него. Для монет клеток, использовать или сотовый дизассемблера инструмент или плоскогубцы, завернутые тефлоновой лентой монеты.
   5. Промойте электроды с диметилкарбонатом чтобы удалить соль остаточного электролита. Позвольте им высохнуть.
   6. Обложка электроды для ex-situ исследования с каптоновой фольги для РФА экспериментов или скотчем для XAS и магазина в бардачке, пока эксперимент не осуществляется.
8. Порошки, предназначенные для исследования XAS следует просеивают для обеспечения размера частиц однороднойнородность. Они могут затем посыпать на несколько кусков скотча. Готовили серию образцов затем могут быть получены путем укладки все более многочисленные части порошкообразного ленты вместе. Это особенно полезно, если пользователь не уверен в размере порошка, необходимого для оптимального сигнала.
   1. Кроме того, порошки для измерений РАС может быть разбавлен BN, если пользователь уверен, о том, что приведет к оптимальному сигнала.

3. Выполнение экспериментах на синхротронного фонда

1. За несколько дней до эксперимент начнется, план перевозок материалов и оборудования на объект.
   1. Для устройств, содержащих анодов щелочных металлов, доставка требуется, чтобы избежать опасностей, связанных с перевозками в личных или общественных транспортных средств.
   2. Оборудование таких как портативные гальваностат / Потенциостаты и портативных компьютеров и неопасными образцов, таких как электроды для экс работы месте может быть brougHT на объект со стороны человека, осуществляющего эксперименты в любой удобной форме.
2. Заезд и регистрация на объекте.
3. Для обоих на месте и бывших экспериментов на месте РСА, получать опорный образец Лабораторная работа ₆ для целей калибровки.
   1. Связаться пучкового ученого и персонала для получения инструкций.
   2. Калибровка луч найти условия правильные лучей.
   3. Измерьте опорное картину Лабораторная работа _6.
4. Для наблюдений в точке экспериментов РСА, настроить устройство и начать эксперимент следующие шаги 3.4.1-3.4.6.
   1. Вставка мешочек на пластины Al давления и гарантировать, что отверстия выровнены, чтобы позволить пучок рентгеновских лучей для передачи.
   2. Найти оптимальное положение луча и времени экспозиции. Длительное воздействие может привести к перенасыщению. Решите, будет ли потрясли образец или стационарной.
   3. Возьмите первоначальный образец перед электрохимии запускается.
   4. Прикрепите провода от оцинкanostat / потенциостат к устройству.
   5. Начните электрохимии эксперимент.
   6. Получение данных. После того, как эксперимент идет полным ходом, сбор данных происходит автоматически, и пользователю необходимо только для наблюдения за убедиться, эксперимент идет по плану.
5. Настройка XAS эксперименты.
   1. Заезд и связываться пучкового ученого и персонала для получения инструкций.
   2. Вставьте образец и опорный фольги материал (в зависимости от металла, который в настоящее время определена; например Ni для Ni K краю).
   3. Совместите образец.
   4. Определить энергию конкретного металла края с помощью Гефеста IFEFFIT в. Настройтесь монохроматор, то де-мелодия примерно на 30%, чтобы устранить высших гармоник. Изменение прибыли для регулировки I ₁ и I _{2 мерные} смещения.
   5. Возьмите измерение. Два или более сканы должны быть приняты и объединены для интересующего элемента.
   6. Повторите шаги 3.5.3 к 3.5.5 для дополнительных элементов, по мере необходимости.

4. ДанныеАнализ

1. Для РСА работы, калибровки лаборатории ₆ файл.
   1. Скачать Area Diffraction машина, которая доступна через код Google ( http://code.google.com/p/areadiffractionmachine/ ).
   2. Откройте изображение Лабораторная работа ₆ дифракции и использовать начальные значения калибровки из заголовка файла.
   3. Откройте справочную Q (= 2π / сут) значения Лабораторная работа _6.
   4. Калибровка дифракционное изображение Лабораторная работа ₆ со значениями Q и начального приближения значений калибровки.
   5. Получить правильные значения калибровки подгонкой изображения.
   6. Сохранить значения калибровки в файл калибровки.
2. Калибровка изображения данных из эксперимента.
   1. Откройте дифракционные изображения с экспериментом.
   2. Откройте файл калибровки из лаборатории ₆ ссылки (сохраненный на шаге 4.1.6).
   3. Открыть йэ ссылка Q (= 2π / г) значения Al или Cu (токоприемников для электродов) и использовать их в качестве внутренних ссылок.
   4. Калибровка выкройки изображения, подгонки изображения.
   5. Интеграция образ на Q против данных интенсивности (линейные сканы).
   6. Fit шаблоны, используя нужный программы подгонки (CelRef, Powdercell, RIQAS, GSAS, и т.д..).
3. Процесс электрохимические данные любым удобным программу построения графиков (Excel, Origin, Kaleidagraph, Игорь, и т.д..).
4. Для данных РАС, использовать АРТЕМИС / ATHENA в пакете IFEFFIT программного обеспечения для анализа.
   1. Калибровка данных с использованием первого пика в производной спектров поглощения эталонных металлов.
   2. Слияние, как сканирование.
   3. Вычтите фон и нормализовать данные.
   4. Используйте функцию AUTOBK изолировать данные EXAFS.
   5. Преобразование Фурье данные EXAFS.
   6. Используйте наименьших квадратов к преобразованию Фурье спектров в R или к-пространстве, чтобы извлечь STRUCTURAл информация.

Результаты

Рисунок 2 показывает типичную последовательность, используемую для эксперимента в месте. После синтеза и характеристики активных порошков, композитные электроды получены из растворов, содержащих активный материал, связующее вещество, такое как поливинилиденфторид (PVDF) ...

Обсуждение

Анализ данных XANES показывает, что, как сделал LiNi _х Co _1-2x Мп _х O ₂ (0,01 ≤ х ≤ 1) соединения содержит Ni ^{2 +,} Co ^{3 +,} и Mn ^{4 +. 10} Недавний на месте исследование XAS на LiNi _0.4 Ко _0.15 Аль _0,05 Мп _0,4 O _2, показали, что Ni ^{2 +} окисляют до Ni ^3...

Материалы

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