聚合物锂离子电池的设计英文教学讲座材料PPT
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锂离子电池基本结构ppt课件
170 mAh/g
120 mAh/g
电位平 台 3.7V
4V
4.2V
性价比 3 2 1
特点
性能稳定，高比容量，放电平 台平稳
高比容量，价格较低热稳定性 较差，
低成本，高温循环和存放性能 较差
10
1
LiCoO2正极材料
具有层状结构，理论容量274 mAh/g，实际容量140mAh/g 充放电过程中，层状结构易转化为尖晶石结构，高温循环性 能差。
应用： 只能在干燥环境下使用（如真空
干燥的手套箱，环境水分小于20ppm）。
8
二、锂离子电池对正、负极材料的要求 (1) 具有稳定的层状或隧道的晶体结构 (2) 具有较高的比容量 (3) 有平稳的电压平台 (4) 正、负极材料具有高的电位差 (5) 具有较高的离子和电子扩散系数 (6) 环境友好
9
13
4
LiFePO4正极材料
具有橄榄石型结构，具有层状结构，理论容量274mAh/g， 实际容量170mAh/g，原料资源丰富，价格低廉，且无毒对 环境友好。
离子和电子电导率低，大电流放电性能不好。
解决途径：加入导电性物质、掺杂、包覆。
14
层状结构材料（ LiCoO2、 LiNiO2等）
15
尖晶石结构材料LiMn2O4
Li-ion Battery 第四章 锂离子电池基本结构
120 mAh/g
电位平 台 3.7V
4V
4.2V
性价比 3 2 1
特点
性能稳定，高比容量，放电平 台平稳
高比容量，价格较低热稳定性 较差，
低成本，高温循环和存放性能 较差
10
1
LiCoO2正极材料
具有层状结构，理论容量274 mAh/g，实际容量140mAh/g 充放电过程中，层状结构易转化为尖晶石结构，高温循环性 能差。
应用： 只能在干燥环境下使用（如真空
干燥的手套箱，环境水分小于20ppm）。
8
二、锂离子电池对正、负极材料的要求 (1) 具有稳定的层状或隧道的晶体结构 (2) 具有较高的比容量 (3) 有平稳的电压平台 (4) 正、负极材料具有高的电位差 (5) 具有较高的离子和电子扩散系数 (6) 环境友好
9
13
4
LiFePO4正极材料
具有橄榄石型结构，具有层状结构，理论容量274mAh/g， 实际容量170mAh/g，原料资源丰富，价格低廉，且无毒对 环境友好。
离子和电子电导率低，大电流放电性能不好。
解决途径：加入导电性物质、掺杂、包覆。
14
层状结构材料（ LiCoO2、 LiNiO2等）
15
尖晶石结构材料LiMn2O4
Li-ion Battery 第四章 锂离子电池基本结构
聚合物锂离子电池工艺培训PPT60页
60、人民的幸福是至高无个的法。— —西塞 罗
Βιβλιοθήκη Baidu 谢谢！
51、 天 下 之 事 常成 于困约 ，而败 于奢靡 。——陆 游 52、 生 命 不 等 于是呼 吸，生 命是活 动。——卢 梭
聚合物锂离子电池工艺培训
56、极端的法规，就是极端的不公。 ——西 塞罗 57、法律一旦成为人们的需要，人们 就不再 配享受 自由了 。—— 毕达哥 拉斯 58、法律规定的惩罚不是为了私人的 利益， 而是为 了公共 的利益 ；一部 分靠有 害的强 制，一 部分靠 榜样的 效力。 ——格 老秀斯 59、假如没有法律他们会更快乐的话 ，那么 法律作 为一件 无用之 物自己 就会消 灭。— —洛克
53、 伟 大 的 事 业，需 要决心 ，能力 ，组织 和责任 感。 ——易 卜 生 54、 唯 书 籍 不 朽。——乔 特
55、 为 中 华 之 崛起而 读书。 ——周 恩来
Βιβλιοθήκη Baidu 谢谢！
51、 天 下 之 事 常成 于困约 ，而败 于奢靡 。——陆 游 52、 生 命 不 等 于是呼 吸，生 命是活 动。——卢 梭
聚合物锂离子电池工艺培训
56、极端的法规，就是极端的不公。 ——西 塞罗 57、法律一旦成为人们的需要，人们 就不再 配享受 自由了 。—— 毕达哥 拉斯 58、法律规定的惩罚不是为了私人的 利益， 而是为 了公共 的利益 ；一部 分靠有 害的强 制，一 部分靠 榜样的 效力。 ——格 老秀斯 59、假如没有法律他们会更快乐的话 ，那么 法律作 为一件 无用之 物自己 就会消 灭。— —洛克
53、 伟 大 的 事 业，需 要决心 ，能力 ，组织 和责任 感。 ——易 卜 生 54、 唯 书 籍 不 朽。——乔 特
55、 为 中 华 之 崛起而 读书。 ——周 恩来
聚合物锂离子电池工艺培训60页PPT
▪
28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
▪
29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
▪
30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
谢谢！
60
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
聚合物锂离子电池工艺培 训
▪
26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
▪
27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
《锂离子电池知识》PPT课件
全检电压 全检内阻 全检尺寸 装盒、包装
客户
25 Hypercell R&D Department
液态锂离子电池生产所用设备
真空搅拌机 拉浆机（涂布机） 裁切机 辊压机 卷绕机 激光焊机 真空注液机 化成检测柜
正极制片
Hypercell R&D Department
负极裁大片 负极划线刮粉 负极吸尘 负极片辊切 负极称重分档
负极制片
19
制片工艺流程
正极真空烘烤
负极真空烘烤
正极吸尘
负极片辊压
正极片辊压
负极焊极耳
正极焊极耳
负极贴胶纸
正极贴胶纸
负极冲压极耳
正极吸尘
负极吸尘
Hypercell R&D Department卷绕
Hypercell R&D Department
性质：
无色透明液体，具有较强吸湿性。
应用：
主要用于可充电锂离子电池的电解液，只 能在干燥环境下使用操作（如环境水分小 于20ppm的手套箱内）。
规格：
溶剂组成 DMC:EMC:EC =1:1:1 （重量比）
LiPF6浓度 1mol/l
质量指标：
2 Hypercell R&D Department
电池种类划分
一次电池 小型二次电池：镍镉、镍氢、锂离子 铅酸电池 动力电池 燃料电池 太阳能电池 其他新型电池
《锂离子电池材料》课件
《锂离子电池材料》PPT 课件
欢迎来到《锂离子电池材料》PPT课件。本课程将为您介绍锂离子电池及其关 键材料，探讨材料与电池性能之间的关系，以及常见的锂离子电池材料。让 我们一起开始学习吧！
简介
锂离子电池基本原理
了解锂离子电池的工作原理 和基本运作方式。
材料与电池性能的关系
深入探讨材料在锂离子电池 中的作用，以及不同材料对 电池性能的影响。
材料与电池性能的关系
正极材料的选择
• 优化容量和循环寿命 • 增强安全性能 • 提高充放电速率
负极材料的选择
• 增加负极容量 • 提高循环稳定性 • 抑制锂金属电解液反应
电解质的选择
• 提供良好的离子传输 • 保障电池安全性 • 优化电池充放电性能
常见锂离子电池材料介绍
正极材料 - 钴酸锂
广泛应用于手机、电动工具等领 域的正极材料，具有高能量密度 和较好的循环寿命。
常见锂离子电池材料介 绍
介绍目前广泛使用的正极材 料、负极材料和电解质。
锂离子电池基本原理
1 正极材料接受电子
正极材料接受电子并将其嵌入晶格中，储存 能量。
2 负极材料释放电子
负极材料释放电子，在电解质中形成离子。
3 电解质传递离子
电解质传递离子，使正负极间形成电荷差。
4 电子传递负载
电子经过外部电路传递负载，实现电能输出。
欢迎来到《锂离子电池材料》PPT课件。本课程将为您介绍锂离子电池及其关 键材料，探讨材料与电池性能之间的关系，以及常见的锂离子电池材料。让 我们一起开始学习吧！
简介
锂离子电池基本原理
了解锂离子电池的工作原理 和基本运作方式。
材料与电池性能的关系
深入探讨材料在锂离子电池 中的作用，以及不同材料对 电池性能的影响。
材料与电池性能的关系
正极材料的选择
• 优化容量和循环寿命 • 增强安全性能 • 提高充放电速率
负极材料的选择
• 增加负极容量 • 提高循环稳定性 • 抑制锂金属电解液反应
电解质的选择
• 提供良好的离子传输 • 保障电池安全性 • 优化电池充放电性能
常见锂离子电池材料介绍
正极材料 - 钴酸锂
广泛应用于手机、电动工具等领 域的正极材料，具有高能量密度 和较好的循环寿命。
常见锂离子电池材料介 绍
介绍目前广泛使用的正极材 料、负极材料和电解质。
锂离子电池基本原理
1 正极材料接受电子
正极材料接受电子并将其嵌入晶格中，储存 能量。
2 负极材料释放电子
负极材料释放电子，在电解质中形成离子。
3 电解质传递离子
电解质传递离子，使正负极间形成电荷差。
4 电子传递负载
电子经过外部电路传递负载，实现电能输出。
锂离子电池知识培训ppt课件
一.（5）锂离子电池的应用范围
❖ 摄像机 ❖ 移动电话 ❖ 笔记本电脑 ❖ Personal digital assistants (PDA) ❖ 各种便携电子设备
❖ 太阳能发电等蓄电系统和电动 汽车
11
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
二.锂离子电池的构成
12
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
二.（1）各类电池图片
13
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
碱锰电池
16
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
锂离子电池（圆柱形）
17
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且Байду номын сангаас一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
❖ 摄像机 ❖ 移动电话 ❖ 笔记本电脑 ❖ Personal digital assistants (PDA) ❖ 各种便携电子设备
❖ 太阳能发电等蓄电系统和电动 汽车
11
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
二.锂离子电池的构成
12
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
二.（1）各类电池图片
13
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
碱锰电池
16
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
锂离子电池（圆柱形）
17
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且Байду номын сангаас一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
锂离子电池教学讲座PPT
温度特性
温度特性是指电池在不同温度下的性能表现。良好的温度特性意味着电池在高温或低温环境下仍能保持稳定的性能。
安全性能
安全性能与温度特性
充电性能是指电池在充电过程中的表现，包括充电时间、充电方式（如快充、慢充）等。充电性能良好的电池能够缩短充电时间，提高充电效率。
放电性能是指电池在放电过程中的表现，包括放电时间、放电电流等。良好的放电性能意味着电池能够提供稳定的电流输出，满足设备的需求。
06
CHAPTER
锂离子电池的安全使用与维护保养
安全使用注意事项
锂离子电池应避免长时间充电或放电，以防止电池过度老化或损坏。
锂离子电池应在适宜的温度下使用，过高或过低的温度都会影响电池性能和寿命。
不要让金属导体接触到电池的正负极，同时避免电池受到重压或挤压。
使用原装充电器为锂离子电池充电，以避免因不匹配而导致的安全问题。
负极材料的制备
负极材料的选择与制备
电解液的组成与作用
电解液的组成
电解液是锂离子电池的重要组成部分，其组成直接影响电池的电化学性能和安全性。电解液通常由有机溶剂、锂盐和其他添加剂组成。
电解液的作用
电解液在锂离子电池中起到传输锂离子的作用，同时还能抑制电池内部的副反应。合适的电解液配方可以提高电池的离子电导率、稳定性并降低内阻。
正极材料的选择与制备
负极材料通常选用石墨、钛酸锂等，不同类型的负极材料具有不同的电化学性能和适用范围。选择合适的负极材料对提高锂离子电池的能量密度和循环寿命具有重要意义。
温度特性是指电池在不同温度下的性能表现。良好的温度特性意味着电池在高温或低温环境下仍能保持稳定的性能。
安全性能
安全性能与温度特性
充电性能是指电池在充电过程中的表现，包括充电时间、充电方式（如快充、慢充）等。充电性能良好的电池能够缩短充电时间，提高充电效率。
放电性能是指电池在放电过程中的表现，包括放电时间、放电电流等。良好的放电性能意味着电池能够提供稳定的电流输出，满足设备的需求。
06
CHAPTER
锂离子电池的安全使用与维护保养
安全使用注意事项
锂离子电池应避免长时间充电或放电，以防止电池过度老化或损坏。
锂离子电池应在适宜的温度下使用，过高或过低的温度都会影响电池性能和寿命。
不要让金属导体接触到电池的正负极，同时避免电池受到重压或挤压。
使用原装充电器为锂离子电池充电，以避免因不匹配而导致的安全问题。
负极材料的制备
负极材料的选择与制备
电解液的组成与作用
电解液的组成
电解液是锂离子电池的重要组成部分，其组成直接影响电池的电化学性能和安全性。电解液通常由有机溶剂、锂盐和其他添加剂组成。
电解液的作用
电解液在锂离子电池中起到传输锂离子的作用，同时还能抑制电池内部的副反应。合适的电解液配方可以提高电池的离子电导率、稳定性并降低内阻。
正极材料的选择与制备
负极材料通常选用石墨、钛酸锂等，不同类型的负极材料具有不同的电化学性能和适用范围。选择合适的负极材料对提高锂离子电池的能量密度和循环寿命具有重要意义。
锂离子电池-背景介绍及研究进展ppt课件
A reduction in the discharge current increases the capacity of LiFePO4.
Fig. 4. Plateau voltage and capacity for Li(Ni1/3Mn1/3Co1/3)O2 ,LiCoO2, LiFePO4 , and LiMn2O4 with a charging voltage of 4.3V and discharge current of 1C.
1 2
XXXX
1
Recent developments in cathode materials for lithium ion batteries
Rபைடு நூலகம்view
1. Introduction
• Lithium-ion batteries：widely utilized • Future：light weight,small volume, high energy
The capacity of Li(Ni1/3Mn1/3Co1/3)O2 increases more than that of LiCoO2, suggesting that the kinetics of charge transfer and/or mass transport are slower in Li(Ni1/3Mn1/3Co1/3)O2 than in LiCoO2.
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C apacity ( m A h g-1 )
Cut-off voltage: ~ 5.0 V, C/7 rate
Edge shift toward higher energy position
increase in oxidation state
2 .0
Fe K-edge
2.0
M n K-edge
K. Y. Chung and B. W. Cho Battery Research Center, Korea Institute of Science and Technology, Seoul 130-650, Korea
Hong Li, Xuejie Huang and Liquan Chen Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences, Beijing, China
1 .2
41 m A hg-1
60 m A hg-1
70 m A hg-1
79 m A hg-1
99 m A hg-1
0 .6
137 m A h g-1
166 m A h g-1
7130
7140
0.0 6540
6550
Ni K-edge
1.0
Before charge
3 6 m A h g -1
6 5 m A h g -1
(500~1000eV)
H e a tin g
Ultra high vacuum
Com bination of these techniques will clearly provide valuable inform ation about therm al stability of various types of cathodes m aterials and help designing cathode m aterials with superior therm al abuse tolerance !!
W hen x= 0.33 (67% of SOC) in LixMO2 Li0.33M (3.67+)O 2 (layered, R-3m ) Li0.33M (3.21+)1.0O 1.77 (disordered spinel, Fd3m ) + 0.115 O 2 ; oxygen release!! Li0.33M(3.21+)1.0O1.77 (disordered spinel, Fd3m ) Li0.33M(2.33+)1.0O1.33 (rock salt, Fm3m ) + 0.22 O2 ; oxygen release!!
K . W . N am , X. Q . Yang et al, Electrochem istry C om m unication, in press (2009).
6
Thermal stability study of layered cathode materials (safety related issue)
More charged state, more thermally unstable. Released oxygen causes safety problems (e.g., thermal runaway) by reacting with flammable electrolytes.
In situ cell
Position sensitive detector (PSD)
XRD setup
In situ cell
Mylar sheet Bolt holes
Gasket
Separator
X-ray w in d o w
Diffraction pattern
Incident X-rays In situ cell
+
V o lt a g e ( vVs . L i/ L i)
N o rm a liz e d in te n s ity (a . u .)
in situ XAS
5 .0
(III)
4 .5
(II)
4 .0
(I)
6 0 m A h g -1
3 .5
2 6 m A h g -1
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
To be presented at the 4th Southern China Li-ion Battery Top Forum –CLTF2009 Shenzhen, China, May 25th, 2009
Combining in situ synchrotron XAS and XRD techniques to do diagnostic studies of battery materials and components at or near operating conditions
22 m A hg-1
31 m A hg-1
1.0
40 m A hg-1
48 m A hg-1
57 m A hg-1
75 m A hg-1
0.5
93 m A h g-1
163 m A h g-1
0 .0 7110
7120
1.8 C o K -e d g e
Before charge
22 m A hg-1
9 3 m A h g -1
126 m A hg-1
0.5
142 m A hg-1
151 m A hg-1
171 m A h g-1
180 m A h g-1
6560
0 .0 7710
7720
7730
0.0 8320
8330
8340
8350
8360
Energy ( eV )
Three voltage plateaus at ~ 3.6, 4.2 and 4.7 V Redox reactions of Fe2+/Fe3+, M n2+/M n3+ and Co2+/Co3+. Voltage plateau over ~ 4.9V M ostly electrolyte decom position. Electronic structural changes follow ing the lithium extraction q uite w ell to balance the electrical neutrality.
Oxygen release
Oxygen release
W hen x= 0.5 (50% of SOC) in LixMO2
Li0.5M (3.5+)O 2 (layered, R-3m ) Li0.5M (3.5+)1.0O 2 (disordered spinel, Fd3m ) ; no oxygen loss Li0.5M (3.5+)1.0O 2 (disordered spinel, Fd3m ) Li0.5M (2.5+)1.0O 1.5 (rock salt, Fm 3m ) + 0.25 O 2 ; oxygen release!!
Using Synchrotron Based in situ X-ray Techniques and Transmission Electron Microscopy to Study Electrode Materials for Lithium Batteries
X. Q. Yang, K. W. Nam, X.J. Wang, Y.N. Zhou, H. S. Lee, O. Haas, L. Wu, and Y. Zhu Brookhaven National Lab. Upton, NY11973, USA
3. Soft X-ray absorption spectroscopy study of charged cathode m aterials
(bulk inform ation)
Fluorescent d etecto r(su rface in fo rm atio n )
Electron yield
1. Tim e-resolved XRD study of charged cathode m aterials
S am pHleesaitnin g capillary
Sam ples in capillary
Average structural inform ation (long range order) during heating
Electronic structural inform ation at the
detector
surface (~ 50Å ) and in
Charged cathode
Incident soft X-ray
the bulk (~ 3000Å ) in elem ental-selective way during heating
phase
T (31 1) T (1 21)
(3 11 ) (1 2 1 )
35.5 36.0 36.5 37.0 37.5
35.5 36.0 36.5 37.0
2 (=1.54)
2
4
5
In situ XA S of C -LiFe1/4M n1/4C o1/4N i1/4PO 4 during first charge
Temperature induced structural changes of charged layered cathode materials
Transition metal layer
Layered LiMO2
Spinel-type LiM2O4
Rocksalt MO
lithium layer
Phase 2 Phase 3
H (311) H (121)
Two phase re a c tio n
No significant solid solution
re g io n
ຫໍສະໝຸດ BaiduExistence of solid solution
re g io n s
Appearance of Interm ediate
3
In situ X R D of C -L iFe1/4M n1/4C o1/4N i1/4P O 4 durin g first charg e
C om parison w ith pure C -LiFePO 4
C -LiFePO 4
Phase1 C -L iM n 1/4F e1/4C o 1/4N i1/4P O 4
2. Hard X-ray absorption spectroscopy study of charged cathode m aterials
Charged cathode
It
Io
H e a tin g
Incident hard X-ray (6 ~ 10 keV)
Local structural and electronic structural inform ation (bulk) in elem ental-selective way during heating
Al current collector
A c tiv e m a te ria l
Cu current collector
Li foil
2
Synchrotron based X-ray diffraction and absorption spectroscopy during heating
Studies on therm al decom position (therm al abuse tolerance) of cathode m aterials
X19A & X18B (XAS) and X14A & X18A (XRD) at National Synchrotron Light Source (NSLS)
Ionization Detectors
XAS setup
IRef
IT
M onochrom atic X-rays
IO
Reference m etal foil
1 .5
Before charge
8 m A h g -1
1 7 m A h g -1
2 6 m A h g -1
1 .0
3 5 m A h g -1
5 3 m A h g -1
7 0 m A h g -1
0 .5
8 8 m A h g -1 1 6 8 m A h g -1
1.5
Before charge
Cut-off voltage: ~ 5.0 V, C/7 rate
Edge shift toward higher energy position
increase in oxidation state
2 .0
Fe K-edge
2.0
M n K-edge
K. Y. Chung and B. W. Cho Battery Research Center, Korea Institute of Science and Technology, Seoul 130-650, Korea
Hong Li, Xuejie Huang and Liquan Chen Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences, Beijing, China
1 .2
41 m A hg-1
60 m A hg-1
70 m A hg-1
79 m A hg-1
99 m A hg-1
0 .6
137 m A h g-1
166 m A h g-1
7130
7140
0.0 6540
6550
Ni K-edge
1.0
Before charge
3 6 m A h g -1
6 5 m A h g -1
(500~1000eV)
H e a tin g
Ultra high vacuum
Com bination of these techniques will clearly provide valuable inform ation about therm al stability of various types of cathodes m aterials and help designing cathode m aterials with superior therm al abuse tolerance !!
W hen x= 0.33 (67% of SOC) in LixMO2 Li0.33M (3.67+)O 2 (layered, R-3m ) Li0.33M (3.21+)1.0O 1.77 (disordered spinel, Fd3m ) + 0.115 O 2 ; oxygen release!! Li0.33M(3.21+)1.0O1.77 (disordered spinel, Fd3m ) Li0.33M(2.33+)1.0O1.33 (rock salt, Fm3m ) + 0.22 O2 ; oxygen release!!
K . W . N am , X. Q . Yang et al, Electrochem istry C om m unication, in press (2009).
6
Thermal stability study of layered cathode materials (safety related issue)
More charged state, more thermally unstable. Released oxygen causes safety problems (e.g., thermal runaway) by reacting with flammable electrolytes.
In situ cell
Position sensitive detector (PSD)
XRD setup
In situ cell
Mylar sheet Bolt holes
Gasket
Separator
X-ray w in d o w
Diffraction pattern
Incident X-rays In situ cell
+
V o lt a g e ( vVs . L i/ L i)
N o rm a liz e d in te n s ity (a . u .)
in situ XAS
5 .0
(III)
4 .5
(II)
4 .0
(I)
6 0 m A h g -1
3 .5
2 6 m A h g -1
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
To be presented at the 4th Southern China Li-ion Battery Top Forum –CLTF2009 Shenzhen, China, May 25th, 2009
Combining in situ synchrotron XAS and XRD techniques to do diagnostic studies of battery materials and components at or near operating conditions
22 m A hg-1
31 m A hg-1
1.0
40 m A hg-1
48 m A hg-1
57 m A hg-1
75 m A hg-1
0.5
93 m A h g-1
163 m A h g-1
0 .0 7110
7120
1.8 C o K -e d g e
Before charge
22 m A hg-1
9 3 m A h g -1
126 m A hg-1
0.5
142 m A hg-1
151 m A hg-1
171 m A h g-1
180 m A h g-1
6560
0 .0 7710
7720
7730
0.0 8320
8330
8340
8350
8360
Energy ( eV )
Three voltage plateaus at ~ 3.6, 4.2 and 4.7 V Redox reactions of Fe2+/Fe3+, M n2+/M n3+ and Co2+/Co3+. Voltage plateau over ~ 4.9V M ostly electrolyte decom position. Electronic structural changes follow ing the lithium extraction q uite w ell to balance the electrical neutrality.
Oxygen release
Oxygen release
W hen x= 0.5 (50% of SOC) in LixMO2
Li0.5M (3.5+)O 2 (layered, R-3m ) Li0.5M (3.5+)1.0O 2 (disordered spinel, Fd3m ) ; no oxygen loss Li0.5M (3.5+)1.0O 2 (disordered spinel, Fd3m ) Li0.5M (2.5+)1.0O 1.5 (rock salt, Fm 3m ) + 0.25 O 2 ; oxygen release!!
Using Synchrotron Based in situ X-ray Techniques and Transmission Electron Microscopy to Study Electrode Materials for Lithium Batteries
X. Q. Yang, K. W. Nam, X.J. Wang, Y.N. Zhou, H. S. Lee, O. Haas, L. Wu, and Y. Zhu Brookhaven National Lab. Upton, NY11973, USA
3. Soft X-ray absorption spectroscopy study of charged cathode m aterials
(bulk inform ation)
Fluorescent d etecto r(su rface in fo rm atio n )
Electron yield
1. Tim e-resolved XRD study of charged cathode m aterials
S am pHleesaitnin g capillary
Sam ples in capillary
Average structural inform ation (long range order) during heating
Electronic structural inform ation at the
detector
surface (~ 50Å ) and in
Charged cathode
Incident soft X-ray
the bulk (~ 3000Å ) in elem ental-selective way during heating
phase
T (31 1) T (1 21)
(3 11 ) (1 2 1 )
35.5 36.0 36.5 37.0 37.5
35.5 36.0 36.5 37.0
2 (=1.54)
2
4
5
In situ XA S of C -LiFe1/4M n1/4C o1/4N i1/4PO 4 during first charge
Temperature induced structural changes of charged layered cathode materials
Transition metal layer
Layered LiMO2
Spinel-type LiM2O4
Rocksalt MO
lithium layer
Phase 2 Phase 3
H (311) H (121)
Two phase re a c tio n
No significant solid solution
re g io n
ຫໍສະໝຸດ BaiduExistence of solid solution
re g io n s
Appearance of Interm ediate
3
In situ X R D of C -L iFe1/4M n1/4C o1/4N i1/4P O 4 durin g first charg e
C om parison w ith pure C -LiFePO 4
C -LiFePO 4
Phase1 C -L iM n 1/4F e1/4C o 1/4N i1/4P O 4
2. Hard X-ray absorption spectroscopy study of charged cathode m aterials
Charged cathode
It
Io
H e a tin g
Incident hard X-ray (6 ~ 10 keV)
Local structural and electronic structural inform ation (bulk) in elem ental-selective way during heating
Al current collector
A c tiv e m a te ria l
Cu current collector
Li foil
2
Synchrotron based X-ray diffraction and absorption spectroscopy during heating
Studies on therm al decom position (therm al abuse tolerance) of cathode m aterials
X19A & X18B (XAS) and X14A & X18A (XRD) at National Synchrotron Light Source (NSLS)
Ionization Detectors
XAS setup
IRef
IT
M onochrom atic X-rays
IO
Reference m etal foil
1 .5
Before charge
8 m A h g -1
1 7 m A h g -1
2 6 m A h g -1
1 .0
3 5 m A h g -1
5 3 m A h g -1
7 0 m A h g -1
0 .5
8 8 m A h g -1 1 6 8 m A h g -1
1.5
Before charge