From Surface To Cell: Understanding the Lithium Ion Battery
Prezentace | | Thermo Fisher ScientificInstrumentace
Analýza lithium-iontových baterií je zásadní pro rozvoj udržitelné energetiky, elektromobility a spotřební elektroniky. Znalost povrchových a strukturálních změn elektrody, vlivu elektrolytu a integrity separátoru přispívá ke zvýšení bezpečnosti, životnosti a výkonu článků. Moderní analytické metody umožňují detailní sledování procesů od úrovně molekul po funkční buňky, což podporuje ekologičtější a efektivnější výrobu i provoz baterií.
Text shrnuje globální tržní a výzkumné motivátory pro vývoj Li-ion baterií, popisuje hodnotový řetězec od surovin po koncové aplikace a identifikuje klíčové výzkumné výzvy. Cílem je ukázat, jak kombinace ex situ a in situ technik odhaluje procesy tvorby SEI vrstvy, degradace elektrolytu, změny v morfologii elektrod i úbytek lithia během cyklování.
Pro ex situ rozbor článků se využívá demontáž a transfer do inertní atmosféry, následuje povrchová a hloubková analýza. In situ metody umožňují sledovat chemické a strukturální změny během nabíjení a vybíjení. Hlavní techniky:
In situ Raman odhalila posuny charakteristických pásů při lithaci grafitu. XPS prokázala lokální úbytek lithia na katodě po cyklování a změny v kompozici SEI vrstvy. Ex situ snímky křížových řezů odhalily nerovnoměrné rozložení uhlíku a grafitu na anodě. IC-ICP-MS a IC-HRMS umožnily kvalifikaci a kvantifikaci rozkladných produktů elektrolytu, včetně fosforečnanových esterů.
Diskuse upozorňuje na kompromisy mezi bezpečností, kapacitou, životností a měřítkem výroby. Detailní chemická a morfologická data přispívají k optimalizaci materiálových složení a procesů výroby.
Integrované analytické postupy poskytují podklady pro vývoj odolnějších a výkonnějších baterií. Výzkumné laboratoře i průmyslové QA/QC procesy mohou na základě výsledků zlepšit kontrolu kvality, predikci životnosti a prevenci selhání článků. Vyhodnocení SEI vrstvy a elektrolytické stability pomáhá snižovat riziko termálního runaway.
Očekává se rozšíření in situ multimodálních metod, integrace vysokorozlišovací spektroskopie a zobrazovacích technik. Návrat investic do automatizace, AI-podpory pro analýzu velkých dat a miniaturizace senzorů umožní real-time monitorování celého životního cyklu baterie. Důraz se přesune na recyklaci, druhotné využití a ekologické materiály.
Komplexní přístup kombinuje ex situ a in situ analýzu pro hluboké porozumění procesům v Li-ion článku. Díky použití pokročilé instrumentace lze optimalizovat materiály, zvýšit bezpečnost a prodloužit životnost baterií, což je klíčové pro udržitelnou energetiku i průmyslovou výrobu.
X-ray, FTIR Spektroskopie, RAMAN Spektrometrie, Elementární analýza, ICP/MS, IC-MS, IC/MS/MS, Iontová chromatografie, Mikroskopie
ZaměřeníPrůmysl a chemie, Materiálová analýza
VýrobceThermo Fisher Scientific
Souhrn
Význam tématu
Analýza lithium-iontových baterií je zásadní pro rozvoj udržitelné energetiky, elektromobility a spotřební elektroniky. Znalost povrchových a strukturálních změn elektrody, vlivu elektrolytu a integrity separátoru přispívá ke zvýšení bezpečnosti, životnosti a výkonu článků. Moderní analytické metody umožňují detailní sledování procesů od úrovně molekul po funkční buňky, což podporuje ekologičtější a efektivnější výrobu i provoz baterií.
Cíle a přehled studie / článku
Text shrnuje globální tržní a výzkumné motivátory pro vývoj Li-ion baterií, popisuje hodnotový řetězec od surovin po koncové aplikace a identifikuje klíčové výzkumné výzvy. Cílem je ukázat, jak kombinace ex situ a in situ technik odhaluje procesy tvorby SEI vrstvy, degradace elektrolytu, změny v morfologii elektrod i úbytek lithia během cyklování.
Použitá metodika a instrumentace
Pro ex situ rozbor článků se využívá demontáž a transfer do inertní atmosféry, následuje povrchová a hloubková analýza. In situ metody umožňují sledovat chemické a strukturální změny během nabíjení a vybíjení. Hlavní techniky:
- Ramanova spektroskopie (DXRxi) s opticko-elektrochemickou buňkou pro mapování lithia v grafitu
- FTIR pro identifikaci organických složek a tvorbu SEI vrstev
- XPS (K-Alpha+) s inertním přenosem pro stanovení oxidačního stavu a hloubkových profilů
- Chromatografie a hmotnostní spektrometrie: IC-ICP-MS a IC-HRMS (Orbitrap) pro nepřímo cílenou analýzu fosforečnanů a organofosfátů
- EDS, ICP-OES, ICP-MS, HPLC, GC-MS pro elementární a molekulární charakterizaci elektrolytu a příměsí
Hlavní výsledky a diskuse
In situ Raman odhalila posuny charakteristických pásů při lithaci grafitu. XPS prokázala lokální úbytek lithia na katodě po cyklování a změny v kompozici SEI vrstvy. Ex situ snímky křížových řezů odhalily nerovnoměrné rozložení uhlíku a grafitu na anodě. IC-ICP-MS a IC-HRMS umožnily kvalifikaci a kvantifikaci rozkladných produktů elektrolytu, včetně fosforečnanových esterů.
Diskuse upozorňuje na kompromisy mezi bezpečností, kapacitou, životností a měřítkem výroby. Detailní chemická a morfologická data přispívají k optimalizaci materiálových složení a procesů výroby.
Přínosy a praktické využití metody
Integrované analytické postupy poskytují podklady pro vývoj odolnějších a výkonnějších baterií. Výzkumné laboratoře i průmyslové QA/QC procesy mohou na základě výsledků zlepšit kontrolu kvality, predikci životnosti a prevenci selhání článků. Vyhodnocení SEI vrstvy a elektrolytické stability pomáhá snižovat riziko termálního runaway.
Budoucí trendy a možnosti využití
Očekává se rozšíření in situ multimodálních metod, integrace vysokorozlišovací spektroskopie a zobrazovacích technik. Návrat investic do automatizace, AI-podpory pro analýzu velkých dat a miniaturizace senzorů umožní real-time monitorování celého životního cyklu baterie. Důraz se přesune na recyklaci, druhotné využití a ekologické materiály.
Závěr
Komplexní přístup kombinuje ex situ a in situ analýzu pro hluboké porozumění procesům v Li-ion článku. Díky použití pokročilé instrumentace lze optimalizovat materiály, zvýšit bezpečnost a prodloužit životnost baterií, což je klíčové pro udržitelnou energetiku i průmyslovou výrobu.
Reference
- Argonne National Laboratory (2015). Battery Technology Readiness. Dostupné z https://anl.app.box.com/batterytechnologyreadiness
- ChemSpider (2015). Dimethyl phosphate, CSID:2982799. Dostupné z http://www.chemspider.com/Chemical-Structure.2982799.html
Obsah byl automaticky vytvořen z originálního PDF dokumentu pomocí AI a může obsahovat nepřesnosti.
Podobná PDF
Analytical Solutions for Lithium-Ion Batteries
2025|Shimadzu|Příručky
C10G-E107 —From Materials to Cells and Modules— Analytical Solutions for Lithium-Ion Batteries For a Future Enabled by Lithium-Ion Batteries Important devices in terms of achieving a carbon-free society, lithium-ion batteries (LiB) have attracted heightened interest in mobility and energy fields,…
Klíčová slova
evaluation, evaluationbattery, batteryproperties, propertieselectrode, electrodemanufacturing, manufacturinglithium, lithiumunits, unitscomponents, componentsphysical, physicalparticle, particlebev, bevbatteries, batteriesthermal, thermalphev, phevinorganic
Analysis of electrode materials for lithium ion batteries
2018|Thermo Fisher Scientific|Aplikace
APPLICATION NOTE AN52615 Analysis of electrode materials for lithium ion batteries Author Description Tim Nunney Thermo Fisher Scientific East Grinstead, West Sussex, UK The Thermo Scientific™ Nexsa™ XPS System was used to analyze the surface of lithium-ion battery electrodes. Due…
Klíčová slova
nexsa, nexsalithium, lithiumxps, xpscathode, cathodecycled, cycledelectrode, electrodeelectrolyte, electrolytemodule, modulebattery, batterynunney, nunneytransport, transportassembles, assemblesinterphase, interphasecompetes, competestransfer
Building Better Batteries: Raman Spectroscopy – An Essential Tool for Evaluating New Lithium Ion Battery Components
|Thermo Fisher Scientific|Prezentace
Building Better Batteries: Raman Spectroscopy – An Essential Tool for Evaluating New Lithium Ion Battery Components Robert Heintz, Ph.D. Senior Applications Specialist Thermo Fisher Scientific [email protected] Presentation Overview • Lithium-Ion Batteries • Why the interest in lithium ion batteries •…
Klíčová slova
raman, ramanlithium, lithiumgraphene, graphenespectroscopy, spectroscopybatteries, batteriesbattery, batteryanode, anodematerials, materialscycling, cyclingint, intcarbon, carbonion, ionband, bandhybrid, hybriddxr
Rechargeable Lithium-Ion Battery Evaluation
2017|Shimadzu|Brožury a specifikace
Rechargeable Lithium-Ion Battery Evaluation C10G-E021A Analytical and Measuring Instruments for Rechargeable Lithium-ion Batteries Rechargeable Lithium-Ion Battery Evaluation global w430×h280 What Are Lithium-ion Rechargeable Batteries? The lithium-ion rechargeable battery is a relatively new type of battery that was first used in…
Klíčová slova
rechargeable, rechargeablelithium, lithiumelectrode, electrodebattery, batteryseparator, separatorbatteries, batteriesion, ionnegative, negativepositive, positivebinder, binderelectrolyte, electrolyteray, rayevaluation, evaluationactive, activematerial