锂离子电池正极嵌锂均匀性分析-第2页-北极星储能网

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随着Li的嵌入或者脱出，会导致M-O键的振动发生改变，因此拉曼光谱的强度和频率会随着NMC材料嵌锂的程度而发生变化，ShuyuFang对不同的充电状态下的NMC的拉曼光谱进行了测量，测量结果如下图所示。

根据拉曼光谱数据，ShuyuFang对35´35um的区域的NMC电极嵌锂状态（SoC）进行了分析，为了分析NMC颗粒的嵌锂状态，ShuyuFang主要关注了在595/cm附近的A1g峰，随着NMC材料的电压从2.3V升高到4.2V，A1g峰的强度逐渐下降，当NMC材料的电势重新下降到3.16V后，A1g峰的强度再次升高，因此可以根据A1g的峰强对NMC颗粒的嵌锂状态进行分析。下图是根据A1g峰强度分布图。从图中我们可以看到，随着NMC电势的变化，视野中的三个颗粒1#，2#和3#的嵌锂状态也随着发生改变，当NMC材料电池再次下降到3.16V后，1#和2#颗粒的嵌锂状态都已经恢复，但是3#颗粒的嵌锂状态并未恢复到初始状态，这说明颗粒3#部分Li没有回到颗粒内部，这也是材料衰降的标志。

由于拉曼光谱反射峰的强度受到诸如颗粒形貌、位置等因素的影响，因此上述简单的A1g峰强度数据还不能准确的反应颗粒的嵌锂状态，为此ShuyuFang对上述数据进行了拟合、匹配和计算，得到了更为准确的NMC材料局部SoC分析结果，如下图所示。该结果显示，再嵌锂过程中存在很大的不均匀性，例如对于1#颗粒，在3.88V时，颗粒大部分区域的A1g峰位置在540/cm附近，但是顶部的区域却在590/cm附近，这说明这部分区域嵌锂滞后。对1#颗粒和3#颗粒进行的跟踪显示，当3#颗粒达到3.84V时，1#颗粒已经达到了4.01V，0.2V的电势差表明在嵌锂的过程中，颗粒之间存在着很大的不均匀性，而这一不均匀性很可能会导致局部颗粒发生“过充”或者“过放”，导致容量衰降。

ShuyuFang的研究显示，锂离子电池极片嵌锂不均匀不仅仅发生在宏观尺度上，也发生在微观尺度上，一个活性物质颗粒的不同部分和不同的活性物质颗粒之间都存在着较大的嵌锂不均匀性，这种不均匀性会导致部分颗粒发生过充和过放，从而造成电池容量不可逆损失。

原标题：锂离子电池正极嵌锂均匀性分析

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