現(xiàn)代人什么時(shí)候沒(méi)有安全感？

當(dāng)然是手機(jī)沒(méi)電的時(shí)候！

當(dāng)手機(jī)提醒電量不足時(shí)，

仿佛生命敲響了警鐘！

圖片來(lái)源：Pixabay

隨著智能手機(jī)的功能不斷增加，手機(jī)電池的續(xù)航能力已經(jīng)不能滿(mǎn)足大家的要求，此外新能源汽車(chē)、智能電網(wǎng)等新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展也對(duì)電池性能提出了更高的要求。

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如何讓鋰電池有更大容量，更長(zhǎng)壽命，更高安全性，成為了科學(xué)家和廠(chǎng)家研究的重點(diǎn)和熱點(diǎn)。

那么，你知道在鋰電池研發(fā)中，怎樣對(duì)它的性能進(jìn)行測(cè)試和改進(jìn)嗎？

接下來(lái)，F(xiàn)ollow Me! 一起來(lái)看看如何利用GDS如何對(duì)鋰電池進(jìn)行性能測(cè)試和改進(jìn)。不過(guò)，在這之前，我們需要先知道鋰電池是如何工作的。

    1、鋰電池的工作原理

充電

鋰電池充電時(shí)，電池正會(huì)跑出很多鋰離子，鋰離子經(jīng)過(guò)電解液跑到負(fù)，并迅速搶占座位——鉆入負(fù)的微孔中，成功搶占座位的鋰離子越多，就說(shuō)明充電容量越高。

放電

同樣的道理，在電池放電時(shí)（也就是我們使用電池時(shí)），鉆入負(fù)微孔中的鋰離子就會(huì)重新跑回正。回到正的鋰離子越多，表示放電容量會(huì)越高，也就是我們通常說(shuō)的電池容量越高。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，電池充放電其實(shí)就是鋰離子在正與負(fù)間來(lái)回跑步的過(guò)程，跑到終點(diǎn)站的鋰離子越多，代表電池容量越高，可使用時(shí)間越長(zhǎng)。

2、用GDS尋找消失的鋰離子

了解了上述原理后，就不難理解，鋰電池在使用一段時(shí)間后，充電越來(lái)越頻繁，放電時(shí)間越來(lái)越短，本質(zhì)原因是來(lái)回奔跑的鋰離子數(shù)量減少了，那么這些鋰離子是如何消失的呢？

這就需要用GDS技術(shù)來(lái)一探究竟了。

我們利用GDS測(cè)定了單次充電和單次放電后的鋰電池里，主要元素在不同深度的濃度變化（整個(gè)反應(yīng)貫穿陽(yáng)鍍層60微米）。如下圖：

鋰電池充電、放電后陽(yáng)主要元素隨深度的變化（GDS）

通過(guò)研究這些變化，我們發(fā)現(xiàn)鋰電池在充、放電過(guò)程中會(huì)有副反應(yīng)發(fā)生。副反應(yīng)會(huì)在鋰電池陽(yáng)表面形成副產(chǎn)物導(dǎo)致反應(yīng)電阻增加，而使得鋰電池的功率衰退。也就是說(shuō)鋰離子會(huì)因?yàn)楦狈磻?yīng)而減少，從而影響鋰電池的性能。

3、GDS參與鋰電池改性過(guò)程

除了電池容量外，溫度性能也是衡量鋰電池好壞的重要因素。

冬季電動(dòng)汽車(chē)?yán)m(xù)航的明顯下降，一臺(tái)普通的電動(dòng)小轎車(chē)，即使不開(kāi)空調(diào)，100公里的耗電量也會(huì)達(dá)到15kWh以上。另外，北方同學(xué)應(yīng)該也遇到過(guò)冬天手機(jī)掉電嚴(yán)重的情況。

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而在高溫度的環(huán)境，例如夏季的車(chē)內(nèi)，也有出現(xiàn)手機(jī)屏幕故障或者爆炸的情況。

有沒(méi)有辦法能夠改善鋰電池在低溫或高溫環(huán)境下使用性能呢？

有一種方式是在電池陽(yáng)材料表面涂覆一種新的鍍層材料磷酸鑭，為陽(yáng)表面改性來(lái)改善電池性能，那它的效果如何呢？

下面的兩張圖是GDS對(duì)沒(méi)有涂覆磷酸鑭層的鋰電池性能檢測(cè)結(jié)果，上面的圖表示正常情況下鍍層元素（Ni,Co,Mn）的變化趨勢(shì)，下圖則是環(huán)境變化（50攝氏度存儲(chǔ)7天）后，鍍層元素的變化趨勢(shì)。

圖a表示存儲(chǔ)前；圖b表示在50攝氏度存儲(chǔ)7天

可以看出一旦環(huán)境發(fā)生改變，鍍層元素含量變化趨勢(shì)發(fā)生了明顯變化，而這代表了鋰電池的性能還不夠穩(wěn)定。

我們?cè)賮?lái)看看GDS對(duì)涂覆過(guò)磷酸鑭層的鋰電池性能檢測(cè)的結(jié)果，可以看出：即使環(huán)境發(fā)生改變，鍍層元素（Ni,Co,Mn）含量的變化趨勢(shì)也沒(méi)有發(fā)生太大變化，和沒(méi)有涂覆磷酸鑭層相比，鋰電池的性能穩(wěn)定性得到了明顯提高。

圖a表示存儲(chǔ)前；圖b表示在50攝氏度存儲(chǔ)7天后

以上結(jié)果來(lái)源于The effects of LaPO4 coating on the electrochemical properties of Li[Ni0.5Co0.2Mn0.3]O2 cathode material (H.G. Song et al. / Solid State Ionics xxx (2012) xxx–xxx)

所以說(shuō)通過(guò)GDS對(duì)鋰電池電的分析，我們可以研究電改性、循環(huán)副反應(yīng)、電池壽命等過(guò)程，從本質(zhì)上獲得鋰電池性能改進(jìn)的方案。

世界各國(guó)越來(lái)越重視環(huán)境問(wèn)題，未來(lái)，開(kāi)發(fā)應(yīng)用于混合動(dòng)力車(chē)和燃料混合動(dòng)力車(chē)的大功率鋰電池將成為主流，相信GDS在這一過(guò)程中也將繼續(xù)扮演者重要角色。

除了上節(jié)課的鋼鐵行業(yè)和今天的鋰電池行業(yè)外，GDS還在哪些領(lǐng)域發(fā)揮重要作用呢？下節(jié)課，我將繼續(xù)和大家分享，不要錯(cuò)過(guò)哦~

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【GDS微課堂-2】七問(wèn)七答，掌握GDS常用概念

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