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Joule: 基于熱波傳感的鋰離子電池鋰濃度動(dòng)態(tài)現(xiàn)場(chǎng)原位監(jiān)測(cè)技術(shù)

電池傳感技術(shù)的發(fā)展對(duì)于鋰離子電池 (LIB) 的安全、可靠和快速運(yùn)行至關(guān)重要。隨著充電電流的增加，電極中會(huì)產(chǎn)生大的鋰濃度梯度，并可能導(dǎo)致鋰離子電池在快速充電過程中過早衰減。然而，現(xiàn)有電池診斷工具提供的空間平均化學(xué)信息不足以理解LIB的衰減。

在此，美國(guó)勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的Sean D. Lubner和Ravi S. Prasher等人報(bào)告了一種使用熱波動(dòng)態(tài)現(xiàn)場(chǎng)原位監(jiān)測(cè)局部鋰濃度作為電池內(nèi)電極深度的函數(shù)的方法，這也是首次利用電極電導(dǎo)率受鋰離子嵌入/脫嵌影響關(guān)系進(jìn)行鋰濃度測(cè)試的方法。

Li[Ni_0.5Mn_0.3Co_0.2]O₂(NMC532)//石墨鋰離子軟包電池中石墨負(fù)極的概念驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)表明，該方法提供了鋰濃度的平面空間分布，其分辨率和精度與能量色散X射線衍射 (EDXRD) 相當(dāng)。

圖1. 用于鋰濃度監(jiān)測(cè)的熱波傳感概念

這種方法不僅限于石墨負(fù)極，還普遍適用于探測(cè)電池電極中的鋰濃度分布。作者詳細(xì)介紹了將鋰濃度與熱導(dǎo)率聯(lián)系起來(lái)的物理機(jī)制，并解釋如何使用熱波來(lái)測(cè)量這些特性。

此外，還描述了該技術(shù)在實(shí)踐中是如何執(zhí)行的，并展示了在不同充電速率下運(yùn)行的LIB內(nèi)石墨負(fù)極的測(cè)量結(jié)果。這項(xiàng)工作為研究快速充電期間LIB的早期衰減提供了一種替代昂貴且耗時(shí)的同步加速器/中子測(cè)試的監(jiān)測(cè)方法。

圖2. 利用該傳感器和使用EDXRD得出的鋰分布結(jié)果對(duì)比

Operando spatial mapping of lithium concentration using thermal-wave sensing, Joule. 2021. DOI: 10.1016/j.joule.2021.06.008

https://doi.org/10.1016/j.joule.2021.06.008

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