电池技术是我们星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，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，改变化学计量比，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。电子显微镜用于确定这些结构-性能关系。通过以足够高的分辨率对阳极和阴极材料的样品进行成像，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电池特性（如能量密度、功率密度、安全性和寿命）联系起来。
锂离子电池中使用的材料通常对高电子束剂量非常敏感，因此牛津仪器提供了一系列极为灵敏的探测器，允许在最低电子束剂量下进行成分和结构测量。bob平台下载手机版
领先的研究小组使用我们的Ultim Max和Ultim Extreme EDS探测器系列和对称EBSD探测器：
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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)添加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放出气体，这可能导致电池膨胀，对于某些反应产物，也可能导致电池腐蚀。例如，氢氟酸可以作为分解产物形成。
bob平台下载手机版牛津仪器低温无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(1H13C,19F,7锂，31P11B).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脉冲台式核磁共振系统以脉冲场梯度为标准。这允许测量自扩散，如图所示，以了解电解液的关键物理特性，包括电导率和离子转移。
固体电解质
许多不同的材料正在被研究，作为锂离子电池中固体电解质的候选材料，通过使用金属锂阳极，这些材料比现有电池更安全，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SEM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，它使旨在改善固态电解质性能的新研究成为可能，并最终使全固态电池得以制造。Ultim Extreme是唯一一款EDS探测器，能够在扫描电镜中以足够低的束流检测锂X射线，从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
确定的阶段；（右）采集后的相同区域，无明显损坏
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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
实验中使用了电池和密封的样品室。纯O2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。
bob平台下载手机版Oxford Instruments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挑战性的环境，相对较新的技术需要迅速扩大规模以实现大规模生产。汽车和电子行业的客户需要更长的使用寿命、更高的容量、更轻的重量和更低的成本，因此，原材料以及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。在牛津仪器公司，我们为价值链的不同部分提供解决方案，从原材料开采到组件质量控制，一直到电池故障分析。bob平台下载手机版
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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提供了一个全自动的解决方案，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并确保制造产品质量的第一步。
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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:1H13C,19F,7锂，31P11B
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电池的质量和性能在很大程度上取决于所用的阴极和阳极材料。例如，由于硅的重量比石墨的重量大十倍，石墨阳极上经常掺杂硅颗粒。然而，两种材料之间的体积膨胀差异可能导致结构缺陷，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（此处为红色），但也含有一定百分比的硅颗粒。对其中一种硅颗粒进行更详细的成分分析后发现，与主要石墨材料相比，存在大量其他元素，如氧和锡，但也存在微量锆。
| C (Wt %) | Si (Wt %) | O（重量%） | Sn (Wt %) | 锆（重量%） | F (Wt %) | Na（重量%） | |
| 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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使用台式NMR优化电池电解液性能和质量
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bob综合app官网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
锂离子电池生产中使用的材料中存在杂质和污染物会对电池成品产生灾难性影响，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，则必须在整个生产过程中监控材料的质量和清洁度。
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