高端原位表征平台

原位互联在线智控检测系统的总体设计思路是:将电池原位在线表征平台和惰性互联表征平台结合,实现对材料到电池在惰性气氛下全方位测试分析和机理研究,实现特异环境下原位化互联表征测试和评价,搭建基于实时在线监控的系统化新能源材料测试分析系统。系统包含惰性互联表征评价平台和电池原位在线表征平台。

原位互联在线智控检测系统可以实现包括材料形貌分析、结构分析、组成分析、物性分析、电化学分析以及失效分析等的原位在线分析,指导电池电极材料的研发以及固态电池的开发与智能制造。 通过系统的互联智控设计,实现对电池材料的形貌、3D微观结构、材料晶体结构、表面组成与结构、孔结构、界面结构、化学组成、元素空间分布、化学价态、热稳定性、电解质及添加剂、气体产物分析、电池内部结构、电池直流内阻、电池交流阻抗、电池热分析等的惰性互联分析,到电池的原位性能分析评价。

该表征平台,可提供高水平的分析测试、失效分析、产业制造、储能应用等技术服务,帮助客户提升研发水平,满足新型产业对新能源材料与器件的需求。

电化学原位XRD技术
实验装置

Bruker D8 ADVANCE

数据图

富Ni层状材料在不同截止电压下(a)电化学特性及(b,c)XRD演变及(d)相应晶面示意图

(a) The electrochemical characterization, (b) two-dimensional contour plots of in-situ XRD evolution at C/10, and (c) the stacked (003) peak profiles of the in-situ XRD patterns with different upper cut-off voltages.

基本原理

XRD通过对材料进行X射线衍射,分析其衍射图谱,获得材料的成分、材料内部原子或分子的结构或形态等信息的研究手段。原位XRD表征广泛用于研究电化学过程中结构演变以及储能和容量衰减机理的工具,可以实现实时监测电极材料体积变化、晶体结构损伤和机械降解的有效测试手段,得到一系列实时的结构变化信息,有助于深入认识材料在充放电过程中发生的反应,对如何改进材料具有较高的指导意义。

文章成果
  • 1.Nat. Commun., 2023, 14, 8087
  • 2.Angew. Chem. Int. Ed. 2024, e202404332
  • 3.Adv. Mater., 2022, 34, 2204370
  • 4.Adv. Energy Mater., 2022, 14, 2201174
  • 5.Adv. Energy Mater., 2022, 13, 2103288
电化学原位拉曼光谱
实验装置

拉曼测试仪(赛默飞DXR拉曼光谱仪)及测试界面

数据图

锂氧电池在充放电过程中不同电解液的原位拉曼图谱

In-situ Raman spectra and corresponding discharge/charge curves of LOBs in (a) 100-18C6 electrolyte, (b) blank electrolyte.

基本原理

拉曼光谱分析法是基于拉曼散射效应,对与入射光频率不同的散射光谱进行分析以得到分子振动、转动等方面的信息,并应用于分子结构研究的一种分析方法。原位拉曼光谱测试原理与常规拉曼光谱一致。区别在于研究者为了实时观察样品的光谱变化。需要设计特定的原位池放在样品台上进行测试,能够较方便地提供电极表(界)面分子的微观结构信息。

文章成果
  • 1、Angew. Chem. Int. Ed. 2024, 63, e202318928.
  • 2、Adv. Funct. Mater. 2024, 2400337.
  • 3、ACS Nano. 2024 18 (11), 8452-8462.
  • 4、Angew. Chem. Int. Ed. 2023, 62, e202307083.
  • 5、ACS Nano 2023 17 (12), 11946-11956
  • 6、Angew. Chem. Int. Ed. 2023, 62, e202301772
电化学原位红外光谱
实验装置

Nicolet™ iN10 红外显微镜及其操作界面

数据图

固态电解质-电极界面在充放电过程中原位红外图谱

In-situ FT-IR spectra and corresponding discharge/charge curves of (a) Li|PVDF-NC-7.2%|Li cells and (b) Li|TDCT-7.2%|Li cells.

基本原理

原位红外光谱技术用于测定样品或反应体系随时间、温度、压力及环境变化而变化的规律,研究材料的化学和物理特性。它通过记录材料与红外光相互作用时产生的吸收或透射光谱,直接对反应产物进行红外分析。主要是以漫反射法为基础,当红外光照射到粗糙的样品表面时会发生反射、吸收、散射和透射,从而产生漫反射信息,将漫反射信息收集并送达至光谱仪检测器生成漫反射红外光谱。

文章成果
  • 1、Adv. Mater. 2024, 2403078.
  • 2、 Angew. Chem. 2022, 134, e202212231.
电化学原位光镜
实验装置

数据图

电解液修饰对锌离子电池负极侧锌沉积行为影响探究

In-situ optical microscopic images of Zn plating process in ZSO and ZSO/Phe electrolytes

基本原理

原位光学显微镜采用Leica DVM6数码显微镜,与电化学工作站联用,通过特制的带有玻璃窗口的电化学池,可对电化学池内充放电过程中的原位微米级形貌变化进行观察,对金属电池等体系的表征具有重要作用。

文章成果
  • 1. Nano-Micro Lett. 16, 164 (2024).
  • 2. Science Bulletin 2023, 68, 2170-2179.
  • 3. ACS Nano 2023, 17, 11946-11956.
  • 4. Advanced Materials. 2023, 2303710.
  • 5. Advanced Materials. 2022, 34, 2106897
微分电化学质谱
实验装置

数据图

单晶NCM811在不同截止电压下气体释放行为探究

Gas evolution of O2, CO2, C2H4, and H2 with different upper cut-off voltages from 4.1 to 4.9 V at 0.5 C (m/z 26, 32, 44, and 2 was ascribed C2H4, O2, CO2, and H2, respectively) and corresponding schematic illustration of gas evolution during charge/discharge cycling of single-crystal-NCM811 electrodes.

基本原理

微分电化学质谱是将电化学和质谱技术相结合,它可现场检测电化学反应中的挥发性气体产物及动力学参数,中间体及其结构的性质等。电化学技术用于控制和监测电极上的电流或电势,以实时跟踪反应进程,而质谱技术则用于分析气体或溶液中产生的化合物。这种技术的结合使得研究人员能够实时监测电化学反应中产生的气体反应产物,从而揭示电化学反应过程中的化学变化。

文章成果
  • 1.Nature Communications 2023, 14, 8087.
  • 2.ACS Nano 2023, 10.1021/acsnano.3c09419.
  • 3.Angewandte Chemie International Edition. 2023,
  • 4.Angewandte Chemie International Edition. 2023, e202304454.
  • 5.Angewandte Chemie International Edition 2023, e202301772.
  • 6.ACS Nano. 2023, 17, 12, 11946-11956.
  • 7.Angewandte Chemie International Edition. 2023, e202304454.
  • 8.Angewandte Chemie International Edition. 2024, e202406597.
  • 9.Angewandte Chemie International Edition. 2024, 63, e202318928.