Химичен анализ на литиево-йонни батерии

HORIBA Scientific, световен лидер в системите за микроскопия и спектроскопия, предоставя широка гама от инструменти и решения за приложения в широк спектър от научни измервания, изследвания и разработки и контрол на качеството. Тези инструменти включват няколко решения за спектроскопия, включително Raman, флуоресценция, персонализирани решения за спектроскопия и характеризиране на частици.

Тази статия ще обсъди химичния анализ на литиево-йонни батерии с помощта на раманова спектроскопия и извън нея. По-конкретно, ще идентифицирате литиево-йонните батерии, тяхната производителност в цикъла на зареждане/разреждане и раманова спектроскопия, която показва структурни промени, настъпващи в анализираните материали.

Кредит за изображение: ShutterStock/ktsdesign

Основи на рамановата спектроскопия

Какво представлява ефектът на Раман?

Когато светлината удари частици, основният процес е еластично разсейване, известно като разсейване на Релей. Това се увеличава с мощността на четвъртата честота и е най-ефективно за къси вълни.

Друг процес се нарича нееластично разсейване, при който фотоните взаимодействат с частици със сила около десет от седем или осем, в зависимост от материала. Молекулите могат да получат енергия, загубена по време на тази реакция.

Има много процеси в Раманова спектроскопиявключително метода на Стокс, при който частиците получават енергия.

Честотата на светлината не се променя в светлината на Релей. В някои събития, при които частиците отдават енергия на светлината, се използва анти-Стоксово разсейване.

При рамановото разсейване фотонът или електронът достигат състоянието по подразбиране. Когато енергията на един фотон е достатъчна, за да се доближи до електронните възбудени състояния, имаме предрезонансно раманово разсейване.

Резонансното раманово разсейване възниква, когато има взаимодействия между атом и фотони. Този метод се различава от класическото раманово разсейване, когато се достигне стандартното състояние в оптичната междина на материала.

Рамановото разсейване наблюдава промените в лазерната енергия, тъй като възбужда молекулярна вибрация. Използваната единица е свързана с мощността.

Раманова спектроскопия на метални оксиди

Металните оксиди включват кобалт, манган и никел, които са основните материали за литиевите батерии.

LabRam Evolution беше използван за извършване на раманова спектроскопия на смесени оксидни и оксидни материали.

HORIBA предоставя технология, наречена ViewSharp, при която потребителите могат да създават Z-ниво материали и цели състояния, където всички материали стават изключително остри.

HORIBA също предлага автоматизиран многоточков анализ в рамките на своя софтуер ViewSharp. Технологията избира Z координатата за всяка точка и фокусира автоматично. Това е особено полезно за рутинни измервания и анализ на прахообразни материали.

Вграден в софтуера LabSpec, моделът NVA plus позволява картографиране или конфигуриране на данни. Софтуерът позволява на потребителите да разбират физическите промени, използвайки различни измервания или променливи.

Рамановата спектроскопия е чувствителна към структурата на кобалтовия оксид. Използвайки софтуерната информация, потребителите могат да изпълняват задачи за контрол на качеството, за да определят възпроизводимостта на материалите и как свързаните продукти могат да бъдат възпроизведени, като напр. Литиево-йонни батерии Ние сме.

Кредит на изображението: ShutterStock/RESTOCK IMAGES

Силата е много важна при измерване на оксиди или смесени оксиди. От решаващо значение е да се обмисли какво се случва, ако изследователите използват измервания при ниска и висока мощност и след това отново използват измервания при ниска мощност.

Спектрите могат да показват топлинни промени. Например, можете да видите много остър пик за измервания с ниска енергия, но спектрите могат да се променят драматично след прилагане на висока енергия. Следователно в пробите възникват топлинни условия и фотохимични структурни повреди. Това е много важно да се разбере, когато се анализират действителните данни.

Никеловият оксид е интересен материал, тъй като съдържа решетка от NaCl, която на теория не позволява да бъде анализиран в спектър. Въпреки това, ако кислородът превиши или падне под определено ниво, или има известно изкривяване на решетката, откриването на пикове се активира в спектроскопията.

Анализът на спектъра може да се направи и с ниска и висока мощност, но ще има структурни щети на мрежата. Спектърът ще обърне тези щети и материята не може да бъде възстановена след освобождаване на енергия с висока енергия.

Раманова спектроскопия на смесени метални оксиди

Най-интересните материали включват смесен оксид. Това включва манган, кобалт и никелов оксид в съотношение 1:1:1.

Спектрите се променят след много голяма промяна от измервания с ниска енергия към измервания с висока енергия.

Измерванията на висока мощност показват числа от малко над 1 мегават на проба. Има силна промяна в позицията на върха, докато формата на върха става забележимо широка.

Когато изследователите измерват на едно и също място с ниска енергия, висока енергия и след това ниска енергия, структурата не може да бъде възстановена и се отразява в рамановия спектър.

Силата влияе върху промените в невъзпроизводими материали. Всички високоенергийни измервания, като например използването на лазер, увреждат тъмни материали като оксид и смесен оксид. Енергията създава топлина и структурни промени.

Как рамановата спектроскопия помага на хората да разберат важността на литиевите батерии

Рамановата спектроскопия е важна при изследването на литиевите батерии. От решаващо значение е да се използва обектив с възможност за изследване на разстояния, по-големи от 8 mm, когато се събират действителни клетъчни данни.

В случай на LiCoO2 катоди, кристалната структура на лития е важна. Ако процесът на спектроскопия е обратим, се образува решетка с дефицит на литий.

Кредит на изображението: ShutterStock/Black_Kira

Потребителите могат да картографират областта на спектрите и да прилагат многовариантен анализ, за ​​да разберат разпределението на компонентите в материала. В този случай рамановата спектроскопия помага да се идентифицират различните структурни нива и позволява изчисления на цикъла, включително съотношението между литиев кобалтов оксид и литиев оксид.

Рамановата спектроскопия помага да се идентифицират проблеми с батерията и какво се случва с материала, когато се зарежда, разрежда или разгражда. Рамановата спектроскопия увеличава нашето разбиране за науката за материалите и как можем да модифицираме материята, за да я направим по-здрава.

Приложение на Micro-XRF в производството на литиево-йонни батерии

Микро-XRF Позволява на потребителите да откриват елементи. Използва се най-вече за защита на литиеви батерии.

Микро-XRF осигуряват уникални характеристики на предаване на изображения, с възможност за ясно показване на всяка част от батерията. Това позволява на потребителите да знаят дали има недостиг или промяна в батерията.

Например, може да се приложи към литиево-йонна батерия и сепаратор за замърсяване.

Micro-XRF осигурява малки измервания с много висока чувствителност, като същевременно позволява картографиране на спектрална област.

Тази информация е получена, преработена и адаптирана от материали, предоставени от HORIBA Scientific.

За повече информация относно този ресурс, моля, посетете Horiba Scientific.