电池技术是我们星球实现碳中和未来的关键之一。在牛津狗万正网地址仪器，我们支持电池的研究和制造，在整个价值链的一系列分析和显微镜技术。从阐明电池研究中的基本电化学和材料挑战，到提供电池阳极、阴极和电解质的质量控制工具，我们提供电子显微镜、原子力显微镜、核磁共振、沉积和蚀刻设备以及科学摄像机的领先解决方案。
了解我们如何支持以下领域:
成功解决围绕优化电池性能、增强容量、最大化功率传递和最小化退化的研究挑战的关键在于先进的表征技术，这些技术为纳米级的材料过程提供了可量化的洞察。我们的纳米分析研究工具范围，包括我们获奖的Ultim®极端的EDS系统用于纳米级成分分析，配合我们的嵌入式Cypher ES原子力显微镜，实现尖端的洞察力。我们与电池研究社区的领先研究小组合作，并参与行业组织，确保我们能够支持您最先进的应用需求。
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锂离子电池的阴极是由锰(LMO)、钴(LCO)、镍、铁(LFP)、钛(LTO)或铝衍生的金属锂氧化物制成的。更常见的是，这三种金属的组合使用，要么镍锰钴(NMC)，要么镍钴铝(NCA)。阳极是由多孔碳或石墨制成的，尽管其他替代材料，如石墨烯和硅，作为纯材料或作为石墨的添加剂，正在研究以增加电池容量。
在开发最佳的阴极或阳极材料时，需要在电池成本、能量密度、功率密度、安全性和寿命之间取得平衡。通常，化学计量比是改变的，例如通过增加NMC基阴极中的镍含量来提高能量密度。然而，成分的变化也会改变材料的结构和电性能。电子显微镜被用来确定这些结构-性质关系。阳极和阴极材料的成像样品足够高的分辨率检测在电池生命周期中发生的变化以及形成一个详细的视图的同质性资料,研究者可以将结构变化与重要的电池能量密度等特性,功率密度、安全性和寿命。
用于锂离子电池的材料通常对高电子束剂量非常敏感，因此牛津仪器提供了一系列非常敏感的探测器，允许在最小的电子束剂量下进行成分和结构测量。狗万正网地址
我们的Ultim Max和Ultim Extreme EDS探测器和对称性EBSD探测器被领先的研究小组用于:
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在锂离子电池中，阴极和阳极由一层隔膜隔开，隔膜中通常含有液态电解质。另外，正在研究的固体电解质可以在安全性和能量密度方面提供有意义的改进，并提供成本节约。
液体电解质
最常用的液体电解质是锂盐溶液(LiPF)6或LiBF4)，加入粘合剂和添加剂以减少漏气和增加粘度。液体电解质在充放电过程中会降解并释放出气体，导致电池膨胀，某些反应产物还会导致电池腐蚀。例如，氢氟酸可以作为分解产物形成。
狗万正网地址牛津仪器低温无X-Pulse核磁共振系统是唯一的台式核磁共振，可以测量单一系统中的所有组件(1H,13C,19F,7李,31P,11B).它还可靠地识别和量化击穿产品，如HF和LiF和测量扩散系数。
图1(右):X-pulse台式核磁共振系统带有脉冲场梯度作为标准。这允许测量自扩散，就像这些显示，以了解电解质的关键物理性质，包括电导率和离子转移。
固体电解质
目前正在研究一些不同的材料，作为锂离子电池中固体电解质的候选材料。由于能够使用金属锂阳极，这种材料比现有电池更安全，而且可能具有更高的能量密度。然而，锂离子在固态电解质中的电导率通常比在液态电解质中的电导率低。在扫描电镜中成像锂的分布可以提供关于材料结构以及任何有害枝晶形成的重要信息。与电导率测量相结合，它使旨在提高固态电解质性能的新研究成为可能，并最终实现全固态电池的制造。Ultim Extreme是唯一的EDS检测器，能够在足够低的束电流下在扫描电镜下检测锂x射线，而不会显著改变样品。
图2:(左)收购前的固态石榴石电解质;(中)x射线图
在2.5kV和Ultim Extreme在100pA束电流下获得的-三种不同的Li
阶段确定;(右)收购后相同区域，无可见损害
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在操作过程中探测电池的结构和特性可以提供重要的见解，而这在事后检查组件时可能会被忽略。我们的Cypher AFM可以定制操作手套箱。它还可以安装一个电化学电池，可以在电池运行期间直接成像电极表面。这使得详细研究SEI层的形成和稳定性成为可能。
图1:利奥2在氩气手套箱中使用塞弗ES进行电池测试。(A)将Cypher ES集成到充ar的Mbraun手套盒中的照片;(B)原理图
实验中使用的电池和密封样品室。纯啊2由于样品室的密封，流入AFM，但不逸入手套箱气氛。
我们提供了一系列的AFM成像模式，可以探测电池材料的结构和功能特性。例如，电化学应变显微镜(ESM)是一种新型扫描探针显微镜(SPM)技术，用于Cypher™原子力显微镜(AFM)，能够以前所未有的分辨率探测固体中的电化学反应和离子流动。ESM是基于通过阻塞或电化学活性的SPM尖端检测材料对外加电场的应变响应。锂电池电极中锂离子的插入和提取会产生很大的体积变化。Cypher AFM等平台的灵敏度允许检测~1皮计表面位移，这允许在一个单元单元(即材料的基本体积)内，如LiCoO材料的锂化状态变化的理论检测极限约为10%2．
针尖上施加的偏置会诱导样品中的离子运动，SPM探针和电子学可以检测到由此产生的表面变形，生成一张在纳米尺度上描绘离子运动的图像。典型LixCoO2正极材料中垂直于层的c晶格参数与锂化的关系。在锂离子电池运行区域(从x= 1到x=0.5)，到40pm时晶格参数随x线性变化。
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电动汽车被采用的一个主要因素是充电时间，尤其是目前即使是最先进的电动汽车，续航里程也无法与大多数使用内燃机的汽车相匹敌。高效电力电子技术是其中的关键技术之一。基于碳化硅的设备将显著颠覆快速充电市场，实现更快、更有效的充电。
狗万正网地址牛津仪器对如何通过其工艺解决方案(如原子层沉积、等离子体蚀刻和等离子体沉积)制造最优化的SiC器件有着深刻的理解。
等离子体过程在SiC MOSFET器件的几个加工步骤中起着重要的作用:
锂离子电池制造商及其供应商面临着严峻的形势，相对较新的技术需要迅速扩大规模以实现量产。由于汽车和电子行业的客户要求更长的使用寿命、更高的容量、更轻的重量和更低的成本，原材料、电池组件和成品的特性在向客户提供高质量产品方面发挥着重要作用。在牛津狗万正网地址仪器，我们为价值链的不同部分提供解决方案，从原材料的开采到组件的质量控制，一直到电池的故障分析。
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用于锂离子电池生产的材料必须是高纯度的，以使其电池具有预期的性能和寿命，并防止金属颗粒穿透隔离屏障造成的危险故障。在整个生产过程中对材料的质量控制和监控是至关重要的，因为即使是非常少量的污染物也可能产生灾难性的后果。
AZtecBattery提供了一个完全自动化的解决方案，用于识别和表征粉末材料中的污染物。了解污染源是消除污染源和确保产品质量的第一步。
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核磁共振谱给出了电解质材料中存在的化学物种的详细视图。由于固有的定量，我们的X-Pulse台式核磁共振非常适合LiPF的快速分析6或LiBF4以及前体盐纯度的测量。它操作无低温，是唯一的台式核磁共振系统，可以检测所有相关的组件在一个单一的系统:1H,13C,19F,7李,31P,11B
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电池的质量和性能在很大程度上取决于所使用的阴极和阳极材料。例如，由于硅的重量容量是石墨的十倍，所以石墨阳极中经常掺杂硅颗粒。然而，两种材料体积膨胀的差异会导致结构缺陷，从而对电池寿命产生负面影响。此外，硅添加剂可以来自多种来源，并含有影响电池性能的其他元素的痕迹。图1显示了在扫描电子显微镜下获得的阳极的EDS图，该阳极主要含有石墨(这里用红色表示)，但也含有一定比例的硅颗粒。对其中一种硅颗粒进行更详细的成分分析后发现，与主导材料石墨相比，硅颗粒中存在大量的其他元素，如氧和锡，但也有锆的痕迹。
| C (Wt %) | Si (Wt %) | O (Wt %) | Sn (Wt %) | 锆(Wt %) | F (Wt %) | Na (Wt %) | |
| 如果NP | 41.85 | 38.94 | 10.68 | 7.28 | 0．94 | ０．１８ | 0．12 |
| 石墨 | 99.30 | 0．05 | ０．３３ | 0．17 | ０．１６ |
在阴极中钴和镍的空间分布，以及粒子的总化学成分，可以是有趣的，因为界面对粒子表面的影响是至关重要的电池寿命和退化。在图2中，我们展示了NCA阴极的高分辨率EDS图，它清楚地显示Co作为壳层存在于粒子表面，这是通过定量线扫描绘制镍和钴含量来证实的。
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利用台式核磁共振优化电池电解质性能和质量
提高下一代电池的性能和可靠性依赖于优化电池内部的电流携带电解质溶液。在本次互动网络研讨会中，我们的应用团队强调了从原材料检测、研发周期万博电脑网页版登录到电池制造质量控制的台式核磁共振波谱的重要性。
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通过材料表征改善锂离子电池性能
研究人员在提高锂离子电池性能方面面临着重大挑战。本次网络直播将探讨材料特性是如何平衡能量密度、功率密度、成本、安全性和寿命等基本电池质量的关键。
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通过纳米特性驱动未来
锂离子电池生产中所使用的材料中存在的杂质和污染物会对成品电池产生灾难性的影响，此类故障事件已被广泛报道。因此，如果要发现污染物并控制其来源，在整个生产过程中对材料的质量和清洁度进行监控是至关重要的。
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