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对充电过程中圆柱形锂离子电池内电极反应的自组织模式的观察

要点
  • 在电化学反应下测量圆柱形锂离子电池的锂反应分布
  • 观察充电过程中正极内的电极反应的自组织模式
  • 有助于对电极反应的基本理解

研究小组由AIpatent认证专家库成员组成,欲知详情可联络support@aipatent.com通过与拉彭兰达大学卡内基梅隆大学、以及电池分析制造商Akkurate.Oy(芬兰)等的国际共同研究,在使用大型辐射设施SPring-8的高亮度高能量辐射X射线的康普顿散射实验中,成功观测到充电过程中圆柱形锂离子电池正极内电极反应的自组织模式。

康普顿散射法使用100keV以上的高能X射线。高能量X射线具有高物质渗透性,因此可以无损地测量物质内部的反应。该研究小组使用SPring-8的高能非弹性散射光束线BL08W,对市售的圆柱形锂电池进行充电和放电,同时沿着电池的中心方向以高空间分辨率测量了康普顿散射X射线能谱。将之前开发的S参数解析法(K. Suzuki et al., JAP, 119, 025103 (2016))应用于测得的康普顿散射X射线能谱,从而得到锂反应分布。

对得到的锂反应分布进行详细分析后发现,在充电和放电过程中获得的S参数随时间振动;通过提取参数的时间和空间振动分量,观察到电极反应的自组织模式。进一步对振动分量进行傅立叶分析后发现,该振动的时间变化与充电曲线的振动对应,振动分量的波长与电极活性物质的尺寸有关。

获得此次成果是由于高能辐射X射线对物质具有高透过性,而且康普顿散射法是一种即使轻元素也具有充分灵敏度的测定手法。在大型锂离子电池中,由于电极面积变大,在电极中

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