鋰離子電池（LIB）作為一種重要的儲能技術(shù)，已經(jīng)普遍應(yīng)用于便攜式電子設(shè)備,、電動(dòng)汽車和電網(wǎng)儲能等領(lǐng)域,。然而，鋰離子電池技術(shù)方面仍然存在諸多挑戰(zhàn),，特別是現(xiàn)有的鋰離子電池電極材料在惡劣條件（如高低溫環(huán)境）下不良的快充特性和安全隱患嚴(yán)重阻礙了其在電動(dòng)汽車領(lǐng)域中的進(jìn)一步發(fā)展,。值得注意的是，如果從LIB的外部或內(nèi)部加熱或冷卻來改變工作溫度,，不僅會(huì)增加系統(tǒng)的復(fù)雜性,，還會(huì)降低能源效率和能量/功率密度。因此,，研發(fā)一種適用于變溫的新型負(fù)極材料以及深入理解其在充放電過程中的電化學(xué)變化是當(dāng)前研究的重點(diǎn),。
X射線光電子能譜儀（XPS）作為表面分析領(lǐng)域重要的大型科學(xué)儀器，可以提供高表面靈敏（<10 nm）和高空間分辨(<10 um)的元素組分和化學(xué)態(tài)解析能力,，還可以對膜層結(jié)構(gòu)提供深度分析,。因此XPS已經(jīng)普遍用于鋰電池的研究中，例如鋰電池的負(fù)極材料、正極材料,、隔膜和電解質(zhì)界面等,。
實(shí)例一
通過固態(tài)反應(yīng)法合成了一種鎳鈮氧化物（Ni2Nb34O87）電極，并研究了其在不同溫度下（?10,、25和60 ℃）的鋰離子存儲性能,。
Ni2Nb34O87的晶體結(jié)構(gòu)
為探究樣品在充放電過程中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)，在本項(xiàng)工作中利用XPS分析技術(shù)獲取樣品中Nb元素的化學(xué)狀態(tài),。XPS結(jié)果表明原始樣品的Nb為Nb5+,；在0.8 V放電鋰化過程中，部分Nb5+被還原為Nb4+和Nb3+,；然而,，在3.0 V充電去鋰化過程中，Nb元素全部被氧化為Nb5+,。研究結(jié)果證明了Nb4+/Nb5+和Nb3+/Nb4+可以發(fā)生可逆的氧化還原反應(yīng),，該電極有著良好的循環(huán)穩(wěn)定性。
相關(guān)研究成果發(fā)表在《Advance Energy Materials》期刊,。[1]
Ni2Nb34O87在（I）原始,、（II）0.8 V放電
和（III）3.0 V充電狀態(tài)下Nb 3d的XPS圖譜。
實(shí)例二
通過靜電紡絲及分步煅燒法合成部分還原的TiNb24O62（PR-TNO）纖維,，利用XPS進(jìn)一步揭示PR-TNO的工作機(jī)理,。
TNO和PR-TNO的制備過程。
首先,，XPS結(jié)果證實(shí)了Nb4+/Nb5+和Nb3+/Nb4+的高度可逆氧化還原反應(yīng),。此外，PR-TNO中部分還原的Ti3+和Nb4+增強(qiáng)了電子導(dǎo)電性,。因此在?20℃下,，鋰離子電池達(dá)到了較大的可逆容量。相關(guān)研究成果發(fā)表在《Advanced Science》期刊,。[2]
PR-TNO在（I）原始,、（II）0.8 V放電和（III）3.0 V充電狀態(tài)下Nb 3d的XPS圖譜。
ULVAC-PHI作為全球技術(shù)先進(jìn)的表面分析儀器廠商,，一直致力于提供的技術(shù)和質(zhì)的服務(wù),，并期盼與我們的用戶共同推動(dòng)表面分析技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展，以及提升大型科學(xué)儀器的“創(chuàng)新服務(wù)產(chǎn)出"水平,。
參考文獻(xiàn)：
[1] https://doi.org/10.1002/aenm.202102550
[2] https://doi.org/10.1002/advs.202105119
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