约稿|锂离子电池电化学原位XRD检测技术应用解析

据Technavio最新报告数据，锂离子电池全球市场规模在2020-2024年期间有可能增长478.1亿美元，且市场的增长动力将在预测期内加速。

无论是锂电实验室研究，还是商业化锂电失效分析，锂电材料关心的结构、动力学等性能，均与电池材料的组成与微结构密切相关，对电池的综合性能有复杂的影响。准确和全面的理解锂电池材料的构效关系需要综合运用多种检测技术。

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锂电材料晶体结构表征手段主要包括 X 射线衍射技术（XRD）、扩展 X 射线吸收精细谱（EXAFS）、中子衍射（neutron  diffraction）、核磁共振（NMR）、电镜（EM）、拉曼散射（Raman）等。

XRD是目前应用最为广泛的研究晶体结构的技术。XRD主流商业化产品中，进口品牌包括日本理学、布鲁克、马尔文帕纳科、岛津等；国产品牌包括丹东通达、丹东浩元、丹东奥龙、北京普析通用等。

近日，仪器信息网有幸邀请国产XRD生产厂商丹东通达分享了锂离子电池电化学原位XRD检测技术应用，及对应应用方案。

专题约稿|锂离子电池电化学原位XRD检测技术应用

——“锂电检测技术系列——晶体结构分析技术”专题约稿

作者：丹东通达科技有限公司

可充电电池的发展促成了电动汽车的复兴，同时电动汽车的快速发展推动着可充电电池技术的快速进步，随着研发的深入，传统的研究方法已经不能满足对电池反应过程，容量衰退机制，热失控原因的深入理解与探索。因此，人们开发出了一系列的原位研究技术，它们具有的动态，实时，直观等特点，因此可以用来对电池材料的形貌与结构演变，氧化还原反应过程，固态电解质界面膜进行监视和探索。电池原位研究方法主要包括In situ XAS、in situ XRD、in situ TEM、in situ AFM、in situ Raman、in situ SEM，NPD，IR,...，这些研究方法及测试技术占据基础研究和应用技术开发的主导地位，将锂离子电池技术的研究推到前所未有的深度和广度。

丹东通达X射线多晶粉末衍射仪系列

X射线衍射(XRD)是研究电极材料晶体结构性质的一种重要的工具,除此之外还能够用来研究化学反应的机理，在电化学系统之中,X射线衍射可以用于研究新型可充放电锂离子电池电极材料。

其实，原位XRD技术（In situ X Ray Diffraction，In situ XRD）早在20世纪60年代就已经运用到材料研究中，电池原位X射线衍射技术是指在电池的充放电过程中进行XRD扫描，主要可用来观察充放电过程中电极材料所发生的结构和物相转变，精确揭示电池反应机理。Thurston等最早设计的原位电池装置，利用同步辐射光源的硬X射线探测体电极材料，直接观察到晶格膨胀和收缩、相变及多相的形成。

首台国产X射线单晶衍射仪TD-5000 

丹东通达科技有限公司长期致力X射线分析仪器的研究与生产工作，生产的TD系列x射线粉末衍射仪一直占据国内国产粉末衍射仪的销售及应用的大多数市场份额。同时丹东通达科技牵头与中山大学等单位合作承担国家重大科学仪器专项，研发第一台国产x射线单晶衍射仪，对晶体学及相关领域的科学研究具有重大意义。

丹东通达科技有限公司依据In situ XRD原位测试技术理论及市场需求，结合多年研发XRD经验，采用合作伙伴武汉市蓝电电子股份有限公司配套的LAND电池测试系统，在TD3500型衍射仪上进行改造调整，完成锂离子电池的原位XRD解决方案：

此方案是一种可以实现实时监测电极材料相变和结构演变的有效测试手段。依托TD-3500衍射仪及电池原位检测装置及电池测试系统完成测试整个过程是对同一个材料的同一片区域位置进行扫描分析，得到的谱图解析出信息（无论是晶胞参数、峰强度，还是其他参数）具有较高的可比性，可以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。

通达科技原位解决方案：LAND电池测试系统控制软件

通达科技原位解决方案：电池测试XRD控制软件

通达科技原位解决方案：测试谱图

关于丹东通达科技有限公司

丹东通达科技有限公司位于中朝边境——辽宁省丹东市。公司是国家高新技术企业、辽宁省双软企业、ISO质量体系认证企业，并获得多项发明专利及实用新型专利，是辽宁省政府、丹东市政府重点扶持的高科技企业，并于2013年5月15日成立院士专家工作站。公司是X射线分析仪器及无损检测仪器的专业生产企业，是2013年国家科技部【国家重大科学仪器设备开发专项】项目承担单位。

在国家重大专项资金的支持下，公司生产的TD系列分析仪器及TD系列无损检测仪器均已接近或达到世界先进水平，广泛应用于化学、化工、机械、地质、矿物、冶金、建材、陶瓷、石化、药物等材料研究领域。产品除了满足国内用户的需求外，还远销美国、韩国、阿塞拜疆等国家。

公司加大科技投入，已完成分析仪器及无损检测仪器两大系列产品的系列化工作。分析仪器包括：TD系列X射线衍射仪、台式X射线小型衍射仪、X射线荧光光谱仪、X射线衍射/荧光一体机、X射线晶体定向仪、多功能全自动蓝宝石晶体定向仪、X射线晶体分析仪、激光粒度仪等产品；无损检测仪器包括：便携式X射线探伤机、移动式X射线探伤机、X射线实时成像系统、微焦点X射线检测系统、TD系列X射线管道爬行器及X射线管等产品。

附：锂电检测系类专题约稿征集中

为促进锂电检测技术发展，近期，器信息网结合锂离子电池检测项目品类，从2019年起策划组织系列锂电检测系列专题报道，为专家、仪器设备商、用户搭建在线网上展示及交流平台。（锂电检测系列专题内容约稿征集进行中，欢迎投稿：15311451191，yanglz@instrument.com.cn）