基于金属离子交换法制备大层间距MgTi-CO3-LDHs薄膜及其在Ti6Al4V合金上的应用研究

本研究针对全固态电池(ASSB)中LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2/Li6PS5Cl界面复杂电化学反应表征难题，开发了X射线光电子发射显微镜(XPEEM)数据分析工具包，实现了纳米级化学态成像、非刚性图像校正和化学图谱解卷积，为界面降解机制研究提供了新方法。

　　

在能源存储领域，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/电解质界面复杂的电化学反应机制仍是制约其发展的关键瓶颈。传统表征技术如透射电镜(TEM)受限于视场范围，X射线光电子能谱(XPS)则缺乏空间分辨率，难以揭示纳米尺度的界面化学异质性。瑞士保罗谢勒研究所团队在《Surfaces and Interfaces》发表的研究，通过创新性开发X射线光电子发射显微镜(XPEEM)数据分析方法，为这一难题提供了突破性解决方案。

研究团队采用同步辐射XPEEM技术，结合自主开发的图像处理算法，建立了包含九个关键步骤的分析流程：图像漂移校正（解决样品充电导致的非线性畸变）、能量色散平面校正（消除单色器导致的能量偏移）、本底扣除（分离形貌与化学对比度）、信噪比优化（3D Savitzky-Golay滤波）等。针对LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂(NCM)/Li₆PS₅Cl(LPSC)全固态电池工作电极，研究比较了两种数据采集模式：能量扫描堆栈(E-stack)和双能图像(2E images)，发现后者在时间分辨率和信噪比方面更具优势。

图像处理与化学分析

通过非刚性配准算法bUnwarpJ解决了高达0.2 eV的能量色散问题，开发了基于Ni L₃边851.3 eV特征峰的线性回归校正方法。研究创新性地提出积分强度归一化法，克服了传统后边高度归一化对Ni²⁺/Ni³⁺比例估算的偏差，使Ni²⁺峰强度准确度提升4%。

化学图谱构建

对比五种解卷积方法发现，峰比初始化非负矩阵分解(NNMF)效果最优，其生成的Ni²⁺图谱与峰心法(E_c)结果一致性达93%。通过投影主成分分析(pPCA)揭示了NCM表面化学分布的两大主导模式：第一主成分(37.5%方差)反映Ni还原与SO₃^2-形成的正相关，第二主成分(23.4%方差)显示CO₃^2-污染与TM-O特征的独立变化。

界面相分离

高斯核密度估计(GKD)结合k均值聚类识别出四种表面相：富集Ni²⁺/CO₃^2-的核区相(A)、含SO₃^2-的边缘相(A')、低CO₃^2-的TM-Oδ相(B)以及保持Ni³⁺的原始相(C)。值得注意的是，SO₃^2-在距界面5μm处仍被检出，表明固态电解质残留物可能通过粉末混合过程污染NCM表面。

该研究建立的分析框架不仅适用于电池材料，还可拓展至催化、生物等表面敏感研究领域。通过实现50 nm空间分辨的化学态成像，为理解ASSB界面失效机制提供了新视角，特别是揭示了过渡金属还原与硫化物氧化之间的耦合作用。方法论层面的突破，如能量色散校正和峰比初始化NNMF算法，为同步辐射成像社区提供了重要参考工具。未来研究可结合原位XPEEM技术，实时追踪电化学循环过程中的界面演化动态。