Rechargeable battery technologies have revolutionized electronics, transportation and grid energy storage. Many materials are being researched for battery applications, with layered transition metal oxides (LTMO) the dominating cathode candidate with remarkable electrochemical performance. Yet, daunting challenges persist in the quest for further battery developments targeting lower cost, longer lifespan, improved energy density and enhanced safety. This is, in part, because of the intrinsic complexity of real-world batteries, featuring sophisticated interplay among microstructural, compositional and chemical heterogeneities, which has motivated tremendous research efforts using state-of-the-art analytical techniques. In this research field, synchrotron techniques have been identified as a suite of effective methods for advanced battery characterization in a non-destructive manner with sensitivities to the lattice, electronic and morphological structures. This article provides a holistic overview of cutting-edge developments in synchrotron-based research on LTMO battery cathode materials. We discuss the complexity and evolution of LTMO’s material properties upon battery operation and review recent synchrotron-based research works that address the frontier challenges and provide novel insights in this field. Finally, we formulate a perspective on future directions of synchrotron-based battery research, involving next-generation X-ray facilities and advanced computational developments.

中文翻译：

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同步加速器技术揭示锂离子电池层状氧化物正极的结构和化学演化

可充电电池技术已经彻底改变了电子、运输和电网储能。许多材料正在研究用于电池应用，其中层状过渡金属氧化物 (LTMO) 是具有显着电化学性能的主要阴极候选材料。然而，在寻求以更低的成本、更长的寿命、更高的能量密度和更高的安全性为目标的进一步电池开发的过程中，仍然存在艰巨的挑战。这部分是因为现实世界电池的内在复杂性，在微观结构、成分和化学异质性之间具有复杂的相互作用，这激发了使用最先进的分析技术进行的巨大研究工作。在这个研究领域，同步加速器技术已被确定为以无损方式对晶格、电子和形态结构敏感的先进电池表征的一套有效方法。本文全面概述了基于同步加速器的 LTMO 电池正极材料研究的前沿发展。我们讨论了 LTMO 材料特性在电池运行时的复杂性和演变，并回顾了最近基于同步加速器的研究工作，这些工作解决了前沿挑战并在该领域提供了新的见解。最后，我们对基于同步加速器的电池研究的未来方向提出了展望，涉及下一代 X 射线设备和先进的计算发展。电子和形态结构。本文全面概述了基于同步加速器的 LTMO 电池正极材料研究的前沿发展。我们讨论了 LTMO 材料特性在电池运行时的复杂性和演变，并回顾了最近基于同步加速器的研究工作，这些工作解决了前沿挑战并在该领域提供了新的见解。最后，我们对基于同步加速器的电池研究的未来方向提出了展望，涉及下一代 X 射线设备和先进的计算发展。电子和形态结构。本文全面概述了基于同步加速器的 LTMO 电池正极材料研究的前沿发展。我们讨论了 LTMO 材料特性在电池运行时的复杂性和演变，并回顾了最近基于同步加速器的研究工作，这些工作解决了前沿挑战并在该领域提供了新的见解。最后，我们对基于同步加速器的电池研究的未来方向提出了展望，涉及下一代 X 射线设备和先进的计算发展。我们讨论了 LTMO 材料特性在电池运行时的复杂性和演变，并回顾了最近基于同步加速器的研究工作，这些工作解决了前沿挑战并在该领域提供了新的见解。最后，我们对基于同步加速器的电池研究的未来方向提出了展望，涉及下一代 X 射线设备和先进的计算发展。我们讨论了 LTMO 材料特性在电池运行时的复杂性和演变，并回顾了最近基于同步加速器的研究工作，这些工作解决了前沿挑战并在该领域提供了新的见解。最后，我们对基于同步加速器的电池研究的未来方向提出了展望，涉及下一代 X 射线设备和先进的计算发展。