同步辐射X射线在电池材料研究中的应用进展

杨玉波; 刘世奇; 尉海军

北京工业大学学报 ›› 2025, Vol. 51 ›› Issue (11) : 1385 -1401.

杨玉波, 刘世奇, 尉海军

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摘要

同步辐射是电子在做高速曲线运动时沿轨道切线方向产生的电磁辐射，具有高强度、宽而连续的分布谱范围，高度偏振，脉冲时间结构及准直性良好的特点。同步辐射X射线与被测物质相互作用时发生散射、吸收和相移等过程。这些现象衍生出多种表征技术，可用于全面分析材料的原子点阵结构、电子结构及微观形貌。Li离子、Na离子电池作为高能量密度储能装置已取得广泛应用，其能量密度的提升离不开电池材料科学的突破，同步辐射X射线相关的表征技术为电池材料的研究提供了强大助力，如:高强度同步辐射X光使得原位X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)可以实时监测电极反应的相变过程;波长连续可调使得X射线吸收谱(X-ray absorption spectroscopy,XAS)可以解析电极材料价态变化;高准直、高相干特性使得同步辐射X射线成像达到纳米级分辨率;多维度、高精度解析电池材料反应机制，可促进电池领域新材料、新机制的创新应用。因此，从原子点阵结构表征、电子结构表征和微观形貌表征3个方面介绍了相关的同步辐射X射线表征技术的原理及在电池材料研究中的应用，主要涉及的表征技术有:XRD、扩展X射线吸收精细结构、原子对分布函数、XAS、共振非弹性X射线散射、X射线光电子能谱、透射X射线显微镜、计算机断层扫描(computed tomography,CT)等。