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一般来说,为了减少这种活性物质内部的嵌锂不均匀的问题,人们会将电池充电后的静置时间尽量的延长,希望能通过电极内部的平衡消除这种局部SoC不均匀的现象,但是WilliamE.Gent的研究「2」发现在即便是经过了长达170h的静置后,在一个直径为1-3um的NMC二次颗粒内部Li的不均匀性仍然高达10%,局部的SoC值过高,会导致该处发生过充,加速该部分失效,从而使得材料的容量下降。此外,电池老化也会对Li在锂离子电池内部的分布产生较大的影响,M.J.Mühlbauer的研究「3」显示随着电池的老化,不仅仅电池内部具有活性的Li资源不断减少,还使得Li在锂离子电池内部的分布也产生了很大的不均匀性,在靠近极耳的电极部分Li的浓度较高,远离极耳的位置Li浓度较低,这可能是由于电流分布不均和电解液浸润不充分造成的。
从上述研究中我们不难看出,锂离子电池的衰降必然是伴随着Li的分布不均出现的,为了研究Li在锂离子电池内部的分布,人们开发出了多种方法,最简单的就是把电池拆开,目测观察极片上是否存在着局部析锂,采用EDS分析Li元素在极片上的分布图,稍微复杂的一点就是采用中子衍射的手段,对锂离子电池进行无损检测,分析Li在锂离子电池内部的分布情况。而来自威斯康星州大学的ShuyuFang等人设计了一种采用拉曼光谱对锂离子电池电极内部嵌锂不均匀现象进行观察的方法「4」。
为了满足拉曼光谱测量需求的光学条件,ShuyuFang等人利用2032SS扣式电池设计了一种可以进行拉曼光谱检测的电池。扣式电池的上盖开了一个1/8英尺的孔,采用MgO进行了覆盖,并采用环氧树脂进行了密封,在MgO窗口上利用电子束蒸镀了一层300nm厚的Al作为正极集流体(MgO窗口中央2mm微孔没有蒸镀Al),然后在这层Al层之上涂布了NMC532材料,涂布量在12-18mg/cm2,电池的结构如下图所示
图片来自参考文献4
对该电池的电化学性能测试如下图所示,从结果来看,经过改造的扣式电池的电化学性能与普通扣式电池的电化学性能没有明显的区别。
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