Small Methods: 同步辐射X射线吸收谱、衍射、以及微区成像技术在锂二次电池中的应用

近年来,伴随着人类社会在工业生产以及日常生活方面对于能源需求的不断增加,对于清洁可再生能源的开发显得尤为重要。为了解决可再生能源实际应用中的间歇性障碍,新型储能技术成为了解决这一问题的关键之一。其中,电化学储能技术得益于其高效,轻便等优势,逐渐发展为储能技术的主流研究方向。以锂离子电池为代表的锂二次电池工业在近几十年内得到快速的发展,在各种移动电气设备以及电动汽车的储能设备中占据了绝大部分的份额。在科学研究领域,为了实现锂二次电池在储能效率、能量密度、以及使用寿命等重要性能的进一步提升,基础研究的目光不断的聚焦在锂离子电池、锂硫电池以及锂空电池的各个重要方面,包括对于新材料以及电化学机理中的关键基础问题研究。其中,同步辐射技术由于具有亮度高、相干性好、波谱宽、准直性好等特点,在锂二次电池的研究中得到了广泛的应用。基于不同的测试原理,X射线吸收谱、衍射以及微区成像技术在锂二次电池新材料开发以及电化学反应机理研究中得到了广泛的应用,在物理以及化学性质方面实现了对于锂二次电池体系更加深入的分析和理解。

近日,通过对于近几年相关开创性结果的分析,加拿大西安大略大学孙学良院士团队、T.K. Sham(岑俊江)院士团队以及美国先进光子源APS的Tianpin Wu博士合作以综述文章形式总结了同步辐射X射线吸收谱、衍射、以及微区成像技术在锂二次电池中的应用的最新研究进展。该综述简述了同步辐射X射线吸收谱,衍射以及微区成像技术的原理,重点介绍了这三种技术在揭示锂二次电池材料电子结构、化学环境以及晶体结构在电化学反应中的变化规律以及电化学反应过程中形貌以及化学相分布等研究中的应用,在电极材料反应机制、衰减机理、热稳定性以及界面问题方面都实现了突破性的进展。针对具体的研究问题,该综述通过具体的研究结果展示了这三种同步辐射技术在锂二次电池研究中的应用策略以及分析思路。另外,该综述还对于未来同步辐射技术在锂二次电池中的应用指出了技术展望,列举出了未来技术以及应用的发展可能性,并指出这三项同步辐射技术在未来锂二次电池研究和发展中将会继续发挥重要的促进作用。

该综述以“Synchrotron-based X-ray absorption fine structures, X-ray diffraction, and X-ray microscopy techniques applied in the study of lithium secondary batteries” 为题发表在Small Methods上 (DOI: 10.1002/smtd.201700341),加拿大西安大略大学博士后研究员李维汉以及博士研究生李旻鸶为本文的共同第一作者。