【摘要】 在长期循环条件下，锂离子电池将经历库仑效率下降和容量衰减，直到寿命结束。

锂离子电池（Libs）作为一种先进的储能技术，可以缓解对传统化石燃料的需求，为实现碳调峰和碳中和目标提供新的思路[1]。业界预测，Lib市场将从2017年的300亿美元增长到2025年的1000亿美元。

 

然而，在长期循环条件下，锂离子电池将经历库仑效率下降和容量衰减，直到寿命结束。在这种情况下，全面了解Lib在多尺度上的衰变机制对于提高其电化学性能至关重要。为了优化电池的设计和制造，需要对材料参数进行大量的基础研究。

 

这些研究包括针对特定操作条件的最佳电极设计，表征电极几何形状，以及了解电极结构如何影响性能等。为此，利用先进的表征方法是全面了解电极材料物理和化学参数的先决条件。

 

目前，LiBs材料参数的分析方法主要有电分析法和成像观测法。传统的电分析方法，包括恒流充放电循环试验、电化学阻抗谱(EIS)、循环伏安法等，可以获得锂离子电池的一般电化学性能信息，如电极反应过程的容量、阻抗、动力学参数等。

 

然而，这些电分析方法存在检测时间长、检测成本高、数据随机性大等问题，无法直接了解电极材料参数在有限空间内的演变。

 

此外，通过分析x射线吸收光谱(XAS)、x射线衍射(XRD)、拉曼散射(RS)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)等光谱工具的数据，可以获得电池的性能信息。虽然这些数据可以提供材料的组成和分布，但它们不能提供进化电极材料的形态变化。

 

图1. 电池拆卸[1]

 

正极和负极被切割成合适的尺寸并缠绕在一起，它们之间有一个分隔符，形成矩形状的周期层。将周期层压平，形成具有扁平芯轴的弯曲棱柱形细胞。将并联连接的两个缠绕的棱柱状电池组装起来，用卡箍焊接在盖板上。

 

然后将组件放置在矩形铝盒中，并添加电解质。矩形商用电池由盖板焊接到矩形铝壳上构成，电池部件名称如图1所示。在真空手套箱(ZKX，南京南达仪器厂，中国)中拆卸商用电池，如图1所示。所研究的电池由两个平行缠绕的柱状电池组成。

 

当折叠的棱柱状细胞展开时，测量正极、负极和隔板的宽度并校准其位置，如图2所示。发现正极、隔板、负极和第二隔板依次交替放置。

 

总之，正负极材料在集电极上的分布是不均匀的，其分布特性与电极与缠绕柱状电池厚度中心的距离密切相关。正负极物质的低聚集区位置不一致。

 

图2. 正负极宽度测量[1]

 

[1] Hou J , Wang H , Qi L ,et al.Material parameter analysis of lithium-ion battery based on laboratory X-ray computed tomography[J].Journal of Power Sources, 2022.

 

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