基于光学的电池诊断解码化学机械演变

导读 NCM811材料被认为是高能量密度锂离子电池的主要正极材料。然而,多晶NCM材料因应力引起的裂纹会加速活性物质的损失,限制其使用寿命。因此...

NCM811材料被认为是高能量密度锂离子电池的主要正极材料。然而,多晶NCM材料因应力引起的裂纹会加速活性物质的损失,限制其使用寿命。因此,监测和了解NCM材料的化学-机械演变至关重要。

为了解决这一难题,黄云辉教授和李震教授领导的研究团队引入光纤来原位检测NCM811正极的应力演变。通过设计光纤与电池的集成,成功监测了材料层面的应力演变。同时,由于光纤尺寸小、化学稳定性好,其植入对电池性能和传感信号传输的影响也很小。

他们发现,多晶 NCM811 的应力演变主要包括化学应力和结构应力。化学应力是由材料的(脱)锂化引起的,这是正常且不可避免的。重要的是,结构应力会引起裂纹,这对性能有害。因此,消除裂纹,即减轻结构损伤,是提高性能的关键。

结合晶体学结果,证明了结构应力是由锂化(脱)过程中晶体c轴的非单调变化和多晶中一次粒子的各向异性引起的。因此,提出了改善一次粒子的各向异性以构建有序排列结构以获得化学-机械稳定的多晶材料。

经证明,有序排列结构的多晶材料结构应力得到缓解,同时该材料在0.5C电流密度下经过500次循环后仍具有82%的高容量保持率。

黄教授表示:“光学传感凭借诸多优势,在电池监测领域受到广泛关注。我们将光纤植入电极,获取材料层面的应力信息,解析材料的化学-机械演化,助力构建化学-机械稳定材料。未来,光学传感将在电池中发挥重要作用,助力打造更好、更安全、更智能的电池。”

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