1 原位X射线衍射
原位X射线衍射 (X-ray diffraction, XRD)可以在电池的充放电循环过程中, 实时监测电极或电极-电解质界面的物相变化及其晶格参数的动态演变，能够在高低温、充放电以及特定气氛等原位条件下，对晶态材料和二次电池元件的晶体结构进行精确测试和深入分析。能够在高低温、充放电以及特定气氛等原位条件下，对晶态材料和二次电池元件的晶体结构进行精确测试和深入分析。
(电化学原位XRD测试池：可搭配日本理学座式X射线衍射仪，双环密封，杜绝空气进入，延长测试时间。)
具体应用实例：
正极材料的结构演变：原位XRD技术可以用来研究正极材料在充放电过程中的结构变化，例如在富锂层状氧化物材料中，通过原位XRD可以观察到O2-/O-氧化还原过程的可逆性。
负极材料的锂化过程：在负极材料研究中，原位XRD技术可以实时监测锂化过程中的相变，例如在锡或铋基负极材料中，可以观察到合金化反应和转化反应的动态过程。
固态电池研究：原位XRD技术在全固态锂电池中的应用包括监测固态电解质的合成过程、离子传输路径以及界面稳定性等。
电池材料的衰减机理：原位XRD技术可以帮助研究者理解电池材料在长期循环过程中的衰减机理。
2 原位X射线光电子能谱
原位X射线光电子能谱（X-ray Photoelectron Spectroscopy，简称XPS）是一种表面分析技术，它结合了X射线激发和光电子能谱检测，用于研究材料表面的化学状态和电子结构。XPS通过向样品表面发射X射线，使样品表面的原子或分子释放光电子，通过测量这些光电子的能量分布，可以获得材料表面的化学组成、化学状态和电子结构信息。
原位X射线光电子能谱（XPS）在固态电池研究中发挥着多方面的作用。它能够分析电极和固体电解质界面的化学状态，揭示电化学反应机理，监测界面稳定性和相变，评估材料表面修饰和改性的效果，以及分析电池失效的原因。此外，原位XPS可以在不同环境条件下进行，以模拟实际应用环境，研究电池材料的环境适应性。
3 原位X射线吸收光谱
近边结构X射线吸收光谱(X-ray absorption near edge structure, XANES), 又称为近边X射线吸收精细结构(near edge X-ray absorption fine structure, NEXAFS), 是物质的X射线吸收谱中阈值以上约50 eV内的低能区吸收谱结构, 主要来源于物质原子对激发光电子的多重散射共振, 对紧邻原子的立体空间结构非常敏感. 相比于扩展X射线吸收精细结构(extended X-ray absorption fine structure, EXAFS), XANES的信号更清晰, 所需采集信号的时间更短, 对元素价态及电荷转移等更敏感。 因此, 基于同步辐射光源的原位XANES具有高的时间分辨率, 可用于研究固体电解质的稳定性及电极材料等在充放电过程中的反应机理。
XANE技术与透射X射线显微镜（TXM）相结合，能够对运行中的电极活性材料进行实时的二维（2D）或三维（3D）成像。通过TXM获得的图像中，每个像素点都能够提供XANES光谱数据。不同物相成分在特定元素的XANES光谱中展现出独特的谱结构或能量位移，这使得原位TXM-XANES技术能够同步实时监测电极材料在充放电过程中的结构和化学成分变化。
4 原位X射线层析成像
X射线层析成像（X-ray tomography），即计算机层析成像或计算机断层扫描（Computed Tomography, CT），通常采用高穿透力的硬X射线（能量范围10—100 keV）作为光源，能够穿透纽扣电池的金属外壳等物质。该技术通过对研究对象（例如固态电池）在多个角度进行穿透扫描，捕获各角度下的对比度衰减图像，并通过计算机软件处理，重建出三维结构。原位X射线层析成像能够实时监测电池内部的形貌、晶体结构和化学组分等信息的动态变化，对于深入了解固态电池的界面性能、界面变化以及电池失效机理至关重要。鉴于硫化物固体电解质在室温下展现出较高的锂离子导电性，目前原位X射线层析成像主要研究基于硫化物固体电解质的全固态电池，包括Li2S-P2S5 (LPS)、Li10GeP2S12 (LGPS)和Li10SnP2S12 (LSPS)等材料。
