基于温度依赖性C-V和J-V测量的LaB6/O-金刚石SBD界面态提取技术研究

本研究针对全固态电池(ASSB)中LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2/Li6PS5Cl界面电化学反应复杂、表征困难的问题，开发了X射线光电子发射显微镜(XPEEM)数据自动化分析工具包，通过图像漂移校正、非负矩阵分解(NNMF)解混算法等技术，实现了纳米级界面化学演变的精准解析，为能源材料界面机制研究提供了新范式。

　　

在能源存储与转换领域，全固态电池(ASSB)因其高安全性和能量密度成为研究热点，但电极与固态电解质间的复杂界面反应严重制约其性能。特别是高电压正极材料LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂(NCM)与硫化物电解质Li₆PS₅Cl(LPSC)的界面存在多重化学物种交织，传统表征技术难以在纳米尺度解析其动态演变。同步辐射X射线光电子发射显微镜(XPEEM)虽具有高空间分辨率(50-100 nm)和化学敏感性，但数据处理存在非线性畸变校正困难、多元素谱图关联性差等挑战。

为突破这些技术瓶颈，Barthélémy Lelotte团队在《Surfaces and Interfaces》发表研究，开发了一套创新的XPEEM数据分析框架。研究采用两种测量模式：全能量扫描(E-stack)获取吸收谱，双能量成像(2E images)提高信噪比。通过自主研发的自动化流程，实现了图像非线性对齐、能量色散平面校正、背景扣除等关键步骤，并创新性地将峰比值法与机器学习算法结合，首次实现了ASSB界面化学状态的像素级解析。

关键技术包括：1)基于bUnwarpJ插件的非刚性图像对齐算法，解决样品充电导致的畸变问题；2)单色器能量色散平面建模，校正8 meV/μm的能量偏移；3)开发积分强度归一化方法，消除拓扑对比度干扰；4)结合峰比值初始化与非负矩阵分解(NNMF)，提升过渡金属氧化态分离精度；5)建立投影主成分分析(pPCA)模型，关联10种化学特征图的分布规律。

图像处理与校正

针对导电性差的NCM/LPSC样品，研究提出分级校正策略：先通过SIFT特征匹配进行刚性对齐，再利用基于梯度信息的bUnwarpJ实现非刚性变形校正。在Ni L₃-edge(851.3 eV)验证显示，该方法可补偿16°入射角导致的图像剪切畸变，位移场精度达±2像素。能量色散校正采用线性平面拟合，将单色器引起的峰位漂移从0.2 eV降至0.02 eV。

化学图谱构建

比较五种解混算法发现，峰比值法在Ni²⁺/Ni³⁺分离中表现最优，而NNMF更适合处理O K-edge的多重峰。通过积分强度归一化，Ni²⁺信号强度提升40%，有效避免了Ni³⁺主导效应。创新性地将Spearman秩相关引入化学图关联分析，揭示Ni²⁺与Co²⁺还原呈中度相关(SCC=0.63)，而与SO₃^2-形成强相关。

界面化学解析

pPCA分析识别出两大主导因素：第一主成分(37.5%方差)反映Ni还原与SO₃^2-生成的耦合过程，第二主成分(23.4%方差)对应CO₃^2-污染。高斯核密度估计发现界面存在四种化学相：A)富碳酸盐核心区、A')富亚硫酸盐近界面区、B)低氧缺位边缘相、C)高氧化态本体相。特别在距界面5 μm处仍检测到A'相，证实固态电解质残留可引发颗粒体相副反应。

该研究建立的标准化工作流程，将XPEEM数据分析效率提升10倍以上，首次实现ASSB界面化学演变的定量化描述。发现的Ni²⁺-SO₃^2-协同形成机制，为界面稳定性设计提供了新思路。开发的峰比值-NNMF混合算法，可推广至其他纳米尺度化学成像领域，如电催化表面重构、生物矿化界面研究等。未来通过耦合原位电化学调控，此技术有望揭示界面动力学的动态演变规律。