电池技术是地球实现碳中和未来的关键之一。在牛津bob平台下载手机版仪器，我们支持电池的研究和制造，通过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，到为电池阳极，阴极和电解质的质量控制提供工具，我们提供电子显微镜，原子力显微镜，核磁共振和沉积和蚀刻设备以及科学相机的前沿解决方案。
了解我们如何在以下领域提供支持:
成功解决围绕优化电池性能、增强容量、最大限度地提高功率传输和最小化退化的研究挑战的关键在于先进的表征技术，这些技术可以在纳米尺度上提供对材料过程的可量化见解。我们的纳米分析研究工具范围，从我们屡获殊荣的Ultim®极端的EDS系统用于纳米级成分分析，我们的Cypher ES原子力显微镜具有操作能力，使尖端的见解。我们与电池研究界领先的研究小组合作，并参与行业机构，确保我们可以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)或铝的锂金属氧化物制成的。更常见的是，使用三种金属的组合，镍锰钴(NMC)，镍钴铝(NCA)。阳极由多孔碳或石墨制成，尽管石墨烯和硅等其他替代材料正在研究中，以作为纯材料或石墨添加剂来增加电池容量。
在开发最佳正极或负极材料时，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，化学计量学的改变，例如，提高能量密度通过增加镍含量在NMC基阴极。然而，成分的变化也会改变材料的结构和电学性能。电子显微镜被用来结论性地连接这些结构-性质关系。通过以足够高的分辨率对正极和正极材料样品进行成像，以检测电池寿命期间发生的变化，并形成材料均匀性的详细视图，研究人员可以将结构变化与重要的电池性能联系起来，如能量密度、功率密度、安全性和寿命。
锂离子电池中使用的材料通常对高电子束剂量非常敏感，因此牛津仪器公司提供了一系列极其敏感的探测器，允许在最小电子束剂量下进行成分和结构测量。bob平台下载手机版
我们的Ultim Max和Ultim Extreme EDS探测器以及我们的Symmetry 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，阴极和阳极由隔膜隔开，隔膜中通常含有液体电解质。另外，人们正在研究固体电解质，它可以在安全性和能量密度方面提供有意义的改进，并节省成本。
液体电解质
最常用的液态电解质是锂盐溶液6或LiBF4)，加入粘合剂和添加剂，以减少气体和增加粘度。在充放电过程中，液体电解质会降解并排出气体，这会导致电池膨胀，对于一些反应产物也会导致电池腐蚀。例如，氢氟酸可以形成一种分解产物。
bob平台下载手机版牛津仪器无低温x脉冲核磁共振系统是唯一的台式核磁共振，可以测量所有组件在一个单一的系统(1H,13C,19F,7李,31P,11B).它还可靠地识别和量化击穿产物，如HF和LiF，并测量扩散系数。
图1(右):x脉冲台式核磁共振系统以脉冲场梯度作为标准。这允许测量自扩散，如所示，以了解电解质的关键物理性质，包括电导率和离子迁移。
固体电解质
人们正在研究多种不同的材料作为锂离子电池固体电解质的候选材料，这些材料通过使用金属锂阳极，比现有电池更安全，但也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低于液态电解质。在扫描电镜中成像Li分布可以提供有关材料结构以及任何有害枝晶形成的重要信息。结合电导率测量，它可以进行旨在提高固态电解质性能的新研究，并最终实现全固态电池的构建。Ultim Extreme是唯一的EDS探测器，能够在足够低的束流电流下在扫描电镜中检测锂x射线，而不会显著改变样品。
图2(左)采集前的固态石榴石电解质;(中)x线图
使用Ultim Extreme在100pA光束电流下获得2.5kV -三种不同的含Li
阶段确定;(右)采集后的相同区域，没有明显损伤
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在运行过程中探测电池结构和性能可以提供重要的见解，而在事后检查组件时可能会错过这些见解。我们的Cypher AFM可以定制操作在手套箱。它还可以安装一个电化学电池，在电池运行期间可以直接成像电极表面。这使得SEI层的形成和稳定性得以详细研究。
图1:LiO2在氩气手套箱中用Cypher ES进行电池测试。(A) Cypher ES集成在装满ar的Mbraun手套盒中的照片;(B)结构示意图
实验中采用了电池单元和密封样品室。纯啊2流入AFM，但由于样品室的密封，不会逃逸到手套箱的大气中。
我们在AFM上提供了一系列成像模式，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)是一种用于Cypher™原子力显微镜(AFM)的新型扫描探针显微镜(SPM)技术，能够以前所未有的分辨率探测固体中的电化学反应性和离子流动。ESM是基于通过阻塞或电化学活性SPM尖端检测材料对外加电场的应变响应。锂离子在锂电池电极中的插入和抽出会产生较大的体积变化。Cypher AFM等平台的灵敏度允许检测~1皮米的表面位移，这允许在一个单元格(即材料的基本体积)内对LiCoO等材料的锂化状态变化约10%的理论检测极限2．
对尖端施加偏压会引起样品中的离子运动，SPM探针和电子器件检测到由此产生的表面变形，生成在纳米尺度上映射离子运动的图像。在典型的LixCoO2正极材料中，c晶格参数(垂直于层)对锂化的依赖。在锂离子电池的工作区域(从x= 1到x=0.5)，晶格参数随x在40 pm呈线性变化。
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采用电动汽车的一个主要因素是充电时间，特别是目前即使是最先进的电动汽车的续航里程也无法与大多数使用内燃机的汽车相比。更高效的电力电子技术是关键技术之一。基于碳化硅的设备将大大颠覆快速充电市场，实现更快、更高效的充电。
bob平台下载手机版牛津仪器公司深刻理解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。
等离子体工艺在SiC MOSFET器件的几个加工步骤中起着重要作用:
锂离子电池制造商及其供应商面临着具有挑战性的条件，相对较新的技术需要迅速扩大规模以实现大规模生产。随着汽车和电子行业的客户要求更长的寿命，更高的容量，更轻的重量和更低的成本，原材料以及电池组件和成品的特性在向客户提供高质量的产品方面发挥着重要作用。在牛津bob平台下载手机版仪器，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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用于生产锂离子电池的材料必须具有高纯度，以使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引起的危险故障。在整个制造过程中，对材料的质量控制和监测至关重要，因为即使是非常少量的污染物也会造成灾难性的后果。
AZtecBattery为识别和表征粉末材料中的污染物提供了全自动解决方案。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质的详细视图。由于固有的定量，我们的X-Pulse台式NMR非常适合LiPF的快速分析6或LiBF4以及前体盐纯度的测定。它无低温操作，是唯一的台式核磁共振系统，可以检测单个系统中的所有相关组件:1H,13C,19F,7李,31P,11B
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电池的质量和性能关键取决于所使用的正极和负极材料。例如，石墨阳极通常点缀着硅颗粒，因为硅的重量容量是石墨的十倍。然而，两种材料之间的体积膨胀差异会导致结构缺陷，从而对电池寿命产生负面影响。此外，硅添加剂可以来自各种来源，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一个阳极的EDS图，该阳极主要含有石墨(这里的红色部分)，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，揭示了比主要石墨材料中更多的其他元素，如氧和锡，但也有痕量的锆。
| 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引起人们的兴趣，因为粒子表面的界面效应对电池寿命和降解至关重要。在图2中，我们展示了NCA阴极的高分辨率EDS图，清楚地显示Co以壳状存在于颗粒表面，这是通过使用定量线扫描绘制镍和钴含量来确认的。
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