Sinkrotron Radyasyon Teknikleri Kullanarak Lityum İyon ve Sodyum iyon piller için elektrot Malzemelerin Karakterizasyonu

Özet

Biz Sinkrotron X-ışını soğurma spektroskopisi (XAS) ve X-ışını kırınımı Li-ion ve Na-ion piller için elektrot malzemeleri intercalation / deintercalation süreçlerin detaylarını prob (XRD) teknikleri kullanımını tanımlamak. In situ ve ex-situ deneyler cihazların çalışması için gerekli yapısal davranışını anlamak için kullanılır hem de

Özet

Gibi geçiş metali oksitleri ya da fosfatlar gibi intercalation bileşiklerinin Li-ve iyon Na iyon pil en yaygın olarak kullanılan elektrot malzemelerdir. Ekleme ya da alkali metali iyonlarının çıkarılması sırasında bileşiklerinde geçiş metallerinin redoks durumları değiştirebilir ve bu faz geçişleri ve / veya kafes parametre arttıkça veya azaldıkça yapısal dönüşümleri meydana gelir. Sırayla bu davranışlar gibi potansiyel profilleri, hızı yetenekleri ve çevrim yaşamları gibi pillerin önemli özelliklerini belirlemek. Sinkrotron ışınımı tarafından üretilen son derece parlak ve ayarlanabilir x-ışınları bu süreçler hakkında bilgi sağlayan yüksek çözünürlüklü verilerin hızlı bir şekilde alınmasını sağlayacak. X-ışınları soğurma spektroskopisi (XAS) yerel elektronik ve geometrik yapıları (redoks devletler örneğin değişiklikler ve bağ hakkında bilgi verir iken bu tür faz geçişleri gibi dökme malzemeler, dönüşümler, doğrudan, X-ışını kırınımı (XRD) kullanılarak görülebilir lBu malzemelerin, elektrokimyasal ve yapısal özellikleri arasında doğrudan bir ilişki sağlamak için uzunluklarının). yapan hücreleri üzerinde gerçekleştirilen in situ deneylerde yararlıdır. Bu deneyler, zaman alıcıdır ve sebebiyle yarı-hücre konfigürasyonları kullanılan alkali metal anodlarının reaktivite ve hava-duyarlılık tasarımı zor ve / veya diğer hücre bileşenleri ve donanım sinyal girişim olasılığı edilebilir. Bu nedenlerden ötürü, bazı durumlarda (örneğin, kısmen yüklü ya da döngüsü hücrelerinden hasat elektrodlardaki) ex-situ deneyleri yürütmek için uygundur. Burada, biz sinkrotron radyasyon içeren deneyler için hem de ex-situ ve in situ örneklerinde hazırlanması için ayrıntılı protokoller sunmak ve bu deneyler yapılır nasıl gösterilmektedir.

Giriş

Tüketici elektroniği için lityum iyon piller şu anda dünya çapında 11 milyar dolarlık pazar komuta ( http://www.marketresearch.com/David-Company-v3832/Lithium-Ion-Batteries-Outlook-Alternative-6842261/ ) ve bu plug-in hibrid elektrikli araçlar (PHEVs) ve elektrikli araçlar (AGH) gibi gelişmekte olan araç uygulamaları için ilk tercihtir. Yerine lityum dışında sodyum iyonlarını kullanarak bu cihazlara analogları daha önceki gelişim aşamalarında olduğu, ancak büyük ölçekli enerji depolama maliyet ve arz güvenliği argümanlar ^{1, 2} dayalı (yani ızgara uygulamaları) için çekici olarak kabul edilir. Alkali metal iyonları farklı potansiyelleri yerleştirme işlemlerine tabi konak yapılar gibi davranan iki elektrot arasında mekik; Hem ikili ardalanmasından sistemleri aynı ilke çalışır. Kendilerini rel edilir, elektrokimyasal hücrelerinrin basit, genellikle organik çözücülerin bir karışımı (Şekil 1) içinde çözülmüş bir tuzundan oluşan bir elektrolitik solüsyon ile doyurulmuş bir gözenekli zar ile ayrılmış akım kollektörü, kompozit pozitif ve negatif elektrot içeren. Grafit ve LiCoO ₂ lityum iyon piller için, sırasıyla, en sık kullanılan pozitif ve negatif elektrotlar vardır. , Çeşitli alternatif elektrot malzemeleri de resmetmek ₂ O ₄ spinel, olivin yapı ile LiFePO ₄ varyantları da dahil olmak üzere, özel uygulamalar için geliştirilmiştir ve NMCs pozitif ve sabit karbondan için (bu sırada Co Mn _1-2x O ₂ bileşikleri, _{x x)} Li ₄ Ti ₅ O ₁₂ ve negatifler ³ için kalay ile lityum alaşımları. Lini _0,5 Mn _1,5 O ₄ gibi yüksek gerilim malzemeleri gibi katmanlı katmanlı kompozitler (örn. XLI ₂ MnO 0.5 sub> 3 · (1-x) Limn Ni _0.5 O _2), redoks eyalette birden değişikliklere uğrarlar ve Li-Si alaşım anotlar başarıyla konuşlandırılmış ise, gerektiği, şu anda yoğun bir araştırma konusudur edebilir ve geçiş metalleri ile bileşikler ayrıca lityum iyon hücre pratik enerji yoğunluğu yükseltmek. Geçiş metal oksitler, sülfürler, veya florürler, tersine çevrilebilir, metalik element ve bir lityum tuzu indirgenir hangi dönüşüm elektrot olarak bilinen malzemelerin diğer bir sınıfı, (temel anotları yedek olarak) pil elektrotları olarak kullanım için de değerlendirilmektedir ^4. Sodyum üzerinde tabanlı cihazlar için, sabit karbon, alaşımlar, NASICON yapıları ve titanatların katot olarak anot ve çeşitli geçiş metal oksitler ve polianiyonik bileşikler olarak kullanılmak üzere araştırılmaktadır.

Lityum iyon ve sodyum iyon piller sabit kimyaları dayalı değildir, çünkü onların performans özellikleri oldukça t bağlı olarak değişiro istihdam olduğunu elektrotlar. Elektrotların redoks davranışını potansiyel profilleri, oran yetenekleri ve cihazların döngüsü hayatını belirler. Geleneksel toz X-ray difraksiyonu (XRD) teknikleri saf malzeme ve sağlanıncaya elektrodlardaki ex-situ ölçümün ilk yapısal karakterizasyon için de kullanılabilir, ancak bu tür düşük sinyal gücü ve verileri toplamak için gerekli olan nispeten uzun süreler gibi pratik hususlar bilgi miktarını sınırlamak Bu şarj ve deşarj işlemleri ile elde edilebilir. Buna karşılık, sinkrotron radyasyon yüksek parlaklık ve kısa dalga boyları yüksek kapasiteli görüntü dedektörleri, örneklerinde yüksek çözünürlüklü veri izni edinme kullanımı ile kombine (Stanford Sinkrotron Radyasyon LIGHTSOURCE en ışın hattı 11-3 örn. λ = 0.97 Å), kadar az sn 10 gibi. yerinde çalışmada ücret geçiren hücre bileşenleri iletim modunda gerçekleştirilen ve hermetik deşarjaveri elde etmek için çalışmayı durdurmak zorunda kalmadan X-ışınları şeffaf poşetler,. Bunun bir sonucu olarak, elektrot yapısal değişiklikler, hücre döngü olarak "zamanında anlık" olarak görülebilir, ve çok daha fazla bilgi, geleneksel tekniklerle göre elde edilebilir.

X-ışınları soğurma spektroskopisi (XAS), bazen X-ışını Soğurma İnce Yapı (XAFS) malzemelerin yerel elektronik ve geometrik yapısı hakkında bilgi verir olarak anılacaktır. XAS deneylerde, foton enerji araştırma altındaki belirli elemanlarının karakteristik absorpsiyon kenarlarına ayarlanmıştır. En sık pil malzemeler için, bu enerjilerin ilgi konusu geçiş metallerinin K-kenarları (1s orbitaller) tekabül etmektedir, ancak yumuşak XAS deneyler O ayarlı, F, C, B, N ve birinci satırın L _2,3 kenarları Geçiş metalleri bazen ex-situ numuneler ⁵ yürütülmektedir. XAS deney tarafından oluşturulan spektrumu çeşitli dist ayrılabilirfarklı bilgiler içeren hemen başlatmasından bölgeleri, (Newville, M., XAFS Temelleri, bakınız http://xafs.org/Tutorials?action=AttachFile&do=get&target=Newville_xas_fundamentals.pdf ). Ana özelliği, emme kenarı oluşan ve yaklaşık 30-50 eV ötesine uzanan Kenar Yapısı civarında X-ışını Soğurma (XANES) bölge ve devletler Devamlılıkta iyonizasyon eşiğini gösterir. Bu durum, emme oksidasyon durumuna ve koordinasyon kimyası ile ilgili bilgileri içerir. Spektrumunun yüksek enerji kısmı Genişletilmiş X-ray Absorption Fine Structure (EXAFS) bölge olarak bilinen ve atılan fotoelektronun kapalı komşu atomlar saçılmasına karşılık gelir. Bu bölgenin Fourier analizi gibi bağ uzunlukları ve numaraları ve komşu iyonlarının türleri gibi kısa menzilli yapısal bilgi verir. Preedge characterist aşağıda özellikleriBazı bileşiklerin ic emme enerjileri bazen görünür. Bu sekizyüzlü geometriler için bağlı eyaletleri veya tetrahedral olanlar dipol izin yörünge melezleme etkileri boşaltmak için dipol yasak elektronik geçişler kaynaklanan ve genellikle emici iyonu (mesela tetrahedrally veya oktahedral olup) yerel simetri korelasyon edilebilir ^6..

XAS ilk redoks durumları saptamak için bu tür NMCs gibi karışık metal sistemleri okuyan ve bu geçiş metali iyonları delithiation ve lityasyon işlemleri sırasında redoks geçmesi için özellikle yararlı bir tekniktir. Birkaç farklı metaller ile ilgili veriler tek bir deneyde hızlı bir şekilde elde edilebilir ve yorumlama oldukça basittir. Bunun aksine, Mössbauer Spektroskopisi pil malzemeler (temel olarak, Fe, Sn) kullanılan, sadece birkaç metaller ile sınırlıdır. Manyetik ölçümler ayrıca oksidasyon durumlarını belirlemek için kullanılabilir iken, manyetik bağlantı etkileri komplikasyonlar olabilirözellikle, NMCs gibi karmaşık oksitler te yorumlanması.

Iyi planlanmış ve idam situ ve ex-situ Sinkrotron XRD ve XAS deneyler tamamlayıcı bilgi vermek ve bir daha tam bir resim konvansiyonel teknikler ile elde edilebilir olandan akü normal çalışma sırasında elektrot malzemesi meydana yapısal değişikliklerin biçimlendirilmesine izin. Bu da, cihazların elektrokimyasal davranışı yöneten ne daha iyi anlaşılmasını sağlar.

Protokol

1.. Deney planlaması

1. Ilgi kiriş denemeler tanımlayın. Kılavuzları olarak kiriş hattı web sayfalarına bakın. SSRL XAS ve XRD, bunlar için 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. Kiriş hattı bilim adamı başvurun ve deney ayrıntılarını görüşmek.
2. Ilgili web sitesine giderek tarihleri ​​ve teklif gereksinimlerini kontrol edin.
3. Kiriş zaman teklifi yazmak ve göndermek.
4. Öneri, program kiriş zaman attı sonra.
5. Işın zaman hazırlanmak için tesis tarafından sağlanan yönergeleri izleyin. Deney, t ayrıntılarını düşününve ekipmanları, ve herhangi bir güvenlik kaygıları (özellikle alkali metaller içeren cihazlar) malzemelerin ransport. Güvenlik eğitimi genelde yeni kullanıcılar için gereklidir.

2. Malzeme, Elektrotlar ve hücrelerin hazırlanması

1. Sentez veya ilgi duyulan aktif madde elde edin.
2. Adımları kullanarak, geleneksel bir X-ışını toz difraksiyonu ile malzeme Karakterize 2.2.1-2.2.9.
   1. Düzgün parçacık boyutu dağılımını sağlamak için toz ve elek öğütün.
   2. Numune tutucu içine örnek yükleyin. Tutucudan aynalarla çıkarın ve bir bardak slayt karşı yerleştirin. Tozu ile boşluğu doldurmak, sonra aynalarla, kapak tutucu eklemek ve slaytı kaldırmak. Bu toz daha tutucunun yüzeyi ile ve yüzey düz olduğunu garanti eder.
   3. Difraktometrede için defterine giriş yapın.
   4. Difraktometreye içine numune tutucu yerleştirin ve hizalayın.
   5. Difraktometreye Kapat kapıları.
   6. Pan bağlı bilgisayarda Veri Toplayıcı programı kullanarakalytical Difraktometrenin, artış gerilim ve ölçümü için uygun değerlere geçerli. Deney için yarıklar ve kiriş maske seçin. Seçin veya tarama programı değiştirebilirsiniz.
   7. Program ve veri dosyası adı başlayın. Programı tarafından istendiğinde rozeti kaydırarak Difraktometrenin kapıları kilitleyin. Veri toplamak.
   8. Yüksek Puan programını kullanarak desen analiz edin. Özel olarak, yabancı madde (ilave yansımalar) mevcudiyetinde aramak ve model referans malzemeleri veya hesaplanan desen bu eşleşip eşleşmediğini.
   9. Difraktometreye gelen örnek çıkarın. Akım ve gerilim ve yakın kapıları kapatın. Herhangi bir olağandışı koşullar belirterek, çıkış yapın.
3. Adımları 2.3.1-2.3.10 kullanarak parçacık morfolojileri değerlendirmek için taramalı elektron mikrografikleri edinin.
   1. Bir alüminyum saplama karbon bant bağlama, ve yapışkan yüzüne örnek tozu serperek örnek hazırlayın. Numune üzerinde bir mutfak mıknatıs tutarak manyetizma için test edin.
   2. Airlo ile SEM bölmesine örnek kaydedinck.
   3. Vakum kurulduktan sonra, üzerinde gerilim hızlanan açın.
   4. Düşük büyütme modunda, kontrast ve parlaklık ayarı. Bu, en uygun olarak ACB düğmesi kullanılarak yapılır.
   5. Elle x ve y yönünde tarayarak ilgi alanı bulabilirsiniz.
   6. Yüksek büyütme istenirse SEM veya yumuşak ışın modlara geçmek. İstediğiniz dedektörü seçin ve deney için uygun değerlere çalışma uzaklığını ayarlayın.
   7. ACB düğmesini kullanarak kontrast ve parlaklığını ayarlayın.
   8. Sahne z kontrolü ile görüntü odaklanın.
   9. Işınını doğru astigmatizma hizalayın ve x ve y düğmelerini kullanarak odaklanır.
   10. İstediğiniz gibi fotoğraf düğmesini kullanarak, fotoğraf çekmek ve bilgisayarda uygun bir klasöre kaydedin.
   11. Bittiğinde, gerilim hızlanan kapatın. Pozisyon değişimi ve hava kabinine aracılığıyla odasından çıkarmak için örnek taşıyın.
4. Gerekirse ICP element analizi Davranış ve bu IR gibi diğer arzu edilen teknikler ile karakterize malzemeveya Raman spektroskopisi.
5. Adımları kullanarak, elektrotlar imal 2.5.1-2.5.8.
   1. % 5-6 N-metilpirolidinone in (ağırlık) poliviniliden florit (PVDF) (NMP) ihtiva eden bir çözelti yapın.
   2. Mill birlikte aktif madde ve iletken katkı (vb asetilen siyahı, grafit,.).
   3. Adım 2.3.2 tozun kuru ve karıştırmak için aşama 2.3.1 den NMP çözeltisi ekleyin. Oranlar, aktif maddenin doğasına bağlı olarak değişiklik gösterir, ancak 80:10:10 (aktif madde: PVDF: iletken katkı maddesi) bir son kuru bileşim yaygındır.
   4. Bir Al veya Cu akım toplayıcı üzerine bir doktor bıçağı ve (isteğe bağlı olarak) bir vakum tablo, döküm elektrot bulamaç kullanma. Karbon kaplı Al folyo Li iyon batarya katot malzemeleri ve Na-iyon elektrodu malzemeler için de kullanılabilir, ve Cu folyo Li-ion anot malzemeleri için kullanılır.
   5. Kurumaya elektrotlar izin verin.
   6. Ayrıca bir IR lamba, sıcak plaka, ya da vakumlu fırın kullanılarak kuru elektrotlar.
   7. Kes ya da gerekli boyutuna elektrotlar yumruk. Elektr tartılırgazeller.
   8. Bir atıl atmosfer izolasyon kutusu için elektrotlar aktarın. Eldiven kutusu bağlanmış bir vakum ısıtılmış Antechamber kullanılarak ek bir kurutma adımı tüm kalan nemi çıkarmak için tavsiye edilir.
6. Elektrokimyasal cihazlar (genellikle sikke hücreler, ancak diğer yapılandırmalar elektrokimyasal karakterizasyonu için kullanılabilir) ilk karakterizasyonu için, ex-situ örnekleri ve / veya kiriş hat deney, adımları kullanarak 2.6.1-2.6.7 birleştirin.
   1. Etkisiz atmosfer bölmesinde gerekli tüm bileşenleri toplamak.
   2. Istenen boyuta lityum ya da sodyum folyo kesilir.
   3. Istenen boyuta mikro-gözenekli ayırıcıyı kesin.
   4. Cihazın bu sırayla tabaka bileşenleri: elektrod, ayırıcı, elektrolitik çözelti, Na ve Li veya folyodur.
   5. Gerektiği gibi aralayıcıları ve dalga pullar ekleyin.
   6. Madeni para büyüklüğünde bir pres kullanılarak hücre Seal.
   7. In situ XRD deneylerde, sikke hücrenin iki tarafında sekmeler ekleyebilir ve polyester kese içinde cihaz mühür için.
7. Adımları 2.7.1-2.7.6 kullanarak, ilk karakterizasyonu veya ex-situ iş için elektrokimyasal deney yapın.
   1. Cihaza potansiyostat / galvanostatla veya döngüleyici gelen kablolarını bağlayın ve açık devre potansiyeli ölçmek.
   2. İstenilen elektrokimyasal deney için program yazmak veya arşivlenmiş bir programı seçin.
   3. Denemeyi çalıştırmak ve veri toplamak.
   4. Ex-situ deneyler için, kısa devre buna özen, torpido gözü cihazı sökmeye. Para hücreler için, bir madeni para hücre disassembler aracını veya teflon bant ile sarılmış pense kullanabilirsiniz.
   5. Artık elektrolit tuzu uzaklaştırmak için dimetilkarbonat ile elektrotlar durulayın. Kurumaya bırakın.
   6. XRD deneyler ya da bantla XAS ve torpido gözündeki mağaza deney yürütülmektedir kadar için Kapton folyo ile ex-situ çalışma için kapak elektrotlar.
8. XAS ile çalışmaya yönelik tozlar, parçacık boyutu homojen bir birleştirme sağlamak için elekten edilmelidirneity. Daha sonra bantla birkaç adet üzerine serpilir olabilir. Numunelerin bir dizi daha sonra birlikte toz halindeki bandın giderek daha çok sayıda parça istifleme ile hazırlanabilir. Kullanıcı uygun bir sinyal için gerekli olan toz miktarı hakkında kesin ise, bu özellikle yararlıdır.
   1. Kullanıcı uygun bir sinyal ile sonuçlanır hakkında emin olduğunu Alternatif olarak, XAS ölçümler için tozlar BN ile seyreltilebilir.

3. Sinkrotron Tesisinde Deney Performansı

1. Deneme tesisi, malzeme ve ekipman planı taşıma başlayacak birkaç gün önce.
   1. Alkali metal anotlar içeren cihazlar için, nakliye, kişisel veya toplu araçlarda taşınması ile ilgili tehlikeleri önlemek için gereklidir.
   2. Gibi taşınabilir galvanostat / potentiostats ve dizüstü bilgisayarlar ve bu ex-situ çalışma için elektrotlar gibi zararsız örnekler gibi Ekipmanları broug olabiliruygun olan herhangi bir şekilde deneyler taşıyan kişi tarafından tesis ht.
2. Check-in ve tesiste kayıt.
3. In situ ve ex-situ XRD deneyler ikisi için, kalibrasyon amaçlı _LaB6 bir referans model alır.
   1. Talimatlar için beamline bilim adamı ve personeli ile temas kurun.
   2. Doğru ışın koşulları bulmak için ışın kalibre.
   3. _LaB6 referans modelini ölçün.
4. In situ XRD deneylerde, cihazı kurmak ve deney aşağıdaki adımları 3.4.1-3.4.6 başlamak için.
   1. Al basınç plakalar halinde keseyi yerleştirin ve delikler düzgün bir X-ışını iletmek için izin hizada olduklarından emin olun.
   2. Optimum ışın pozisyonu ve pozlama süresini bulun. Uzun süreli maruz kalma doygunluk yol açabilir. Örnek sarsan veya sabit olacağına karar.
   3. Elektrokimya başlamadan önce ilk deseni almak.
   4. Galv yol takıncihaza anostat / potansiyostat.
   5. Elektrokimya Denemeyi başlatın.
   6. Veri elde. Deney sürüyor kez, veri toplama, otomatik ve kullanıcı planlandığı gibi deney gidiyor yapmak için denetlemek için sadece gerekmez.
5. XAS deneyler kurmak.
   1. Check-in ve talimatlar için beamline bilim adamı ve personeline başvurun.
   2. Örnek ve (; Ni K kenar örn.Ni ölçülür ediliyor metale bağlı) folyo bir referans materyali yerleştirin.
   3. Örnek hizalayın.
   4. IFEFFIT en Hephaestus kullanarak belirli metal kenar enerjisini belirler. Dinle Monokromatör, yüksek mertebeden harmonikleri ortadan kaldırmak için yaklaşık% 30 oranında daha sonra de-melodi. Ben ₁ ayarlamak kazançlar değiştirin ve ben ₂ ölçü uzaklıklar.
   5. Ölçü almak. İki veya daha fazla tarama alınmış ve ilgi elemanı için birleştirilmiş olmalıdır.
   6. Gerektiği gibi tekrarlayın, ilave elemanlar için 3.5.5 için 3.5.3 adımları.

4. VeriAnaliz

1. XRD çalışmaları için, LaB ₆ görüntüyü kalibre.
   1. Google kod aracılığıyla kullanılabilir Alan Kırınım Makinesi, (indir http://code.google.com/p/areadiffractionmachine/ ).
   2. LaB ₆ kırınım görüntü açın ve dosya başlığından ilk kalibrasyon değerleri kullanın.
   3. Referans Q (= 2π / d) _LaB6 değerleri açın.
   4. Q değerleri ve kalibrasyon değerlerinin başlangıç ​​tahmininden ile LaB ₆ kırılım görüntüsünü kalibre.
   5. Görüntü montaj tarafından doğru kalibrasyon değerlerini elde.
   6. Kalibrasyon dosyasına kalibrasyon değerleri kaydedin.
2. Deneyden gelen veriler görüntü kalibre edin.
   1. Deneyden gelen kırılma görüntüleri açın.
   2. (Adım 4.1.6 kaydedilir) LaB ₆ referans kalibrasyon dosyasını açın.
   3. Açık incie referans Q (= 2π / d) Al veya Cu (elektrotlar için akım kolektörleri) değerleri ve iç referans olarak kullanabilirsiniz.
   4. Görüntü montaj tarafından desen görüntüleri kalibre.
   5. Yoğunluğu veri (satır tarama) vs Q görüntüyü entegre.
   6. İstenilen uydurma programı kullanarak Fit desenler (CelRef, Powdercell, RIQAS, GSAS, vb.).
3. Herhangi uygun bir çizim programı (Excel, Origin, KaleidaGraph, Igor, vb.) Kullanılarak elektrokimyasal verileri işlemek.
4. XAS veri, analiz için IFEFFIT yazılım paketinde ARTEMIS / Athena kullanın.
   1. Referans metallerin absorpsiyon spektrumlarının türevi ilk tepe kullanarak veri kalibre edin.
   2. Taramaları gibi Birleştirme.
   3. Arka plan çıkarma ve veri normalleştirmek.
   4. EXAFS verileri yalıtmak için AUTOBK işlevini kullanın.
   5. Fourier EXAFS verileri dönüştürmek.
   6. Structura ayıklamak için R veya k uzayda Fourier dönüştürülmüş spektrumları için uygun bir en az kareler kullanınl bilgiler.

Sonuçlar

Şekil 2, bir in situ deneyde kullanılan tipik bir dizisini göstermektedir. Sentezi ve aktif madde tozları tanımlanmasından sonra, bileşik ya da elektrot üzerine döküm aktif madde, örneğin poliviniliden florür (PVDF) ve karbon siyahı ya da N-metilpirolidinon (NMP) içinde süspansiyon haline getirilmiş grafit gibi iletken katkı maddeleri olarak bir bağlayıcı içeren çamurlar hazırlanır alüminyum veya bakır folyo akım kollektörleri. Alüminyum lityum iyon pil katot ve so...

Tartışmalar

XANES verilerin analizi Lini _x yapılmış gibi-Co _1-2x Mn _x O ₂ (0.01 ≤ x ≤ 1) bileşikleri Ni ^{2 +,} Co ^{3 +} içerdiğini gösterir ve Mn ^{4 +. 10.} Lini üzerine bir yerinde son XAS çalışma , _0.4 Co _0.15 Al _0.05 Mn _0,4 O ₂ Ni ^{2 +} sonuçta, Ni ^{4 +} delithiation sırasında, Ni ^{3 +} okside ve olduğunu gösterdi, ama Co ^{3 +} içeren bu re...

Malzemeler

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