利用X射线和中子断层扫描技术，可确定圆柱形电池动态变化

圆柱形电池的设计通常是通过将电池电极的薄夹层缠绕成圆柱形,然后再填充电解质等液态物质,最终形成一颗圆柱形的锂离子电池。这就要求电极必须具备很大的表面积才能够实现高容量和快速充电。

一直以来,人们缺乏对于圆柱形电池在充电周期中内部的微观结构以及其他化学物质动态变化的认知。

近日,德国柏林亥姆霍兹联合会(Helmholtz-Zentrum Berlin,简称HZB)与英国伦敦大学学院的一个国际研究小组首次结合使用两种互补的断层扫描法,对电池充放电期间电极表面状况进行了研究。

他们在法国格勒诺布尔的欧洲同步加速器辐射设施(ESRF)采用X射线断层扫描,能够分析电极的微观结构,并探测到电池在充电周期中发生的变形和不连续情况。

HZB断层扫描专家IngoManke博士表示:“另一方面,中子断层扫描技术能够直接观察锂离子的迁移,并确定电解质在电池中的分布如何随时间而变化。”

柏林祖斯学院(Zuse-Institut)研发了新型数学方法,让物理学家们能够解开电池电极,因为很难对电池的圆柱形线圈进行定量检测。

采用此种方法可以研究圆柱形电池的特性问题,例如,内部绕组的锂容量显示出与外部绕组完全不同的化学活性。中子数据可以显示出缺乏电解质的区域,即严重限制各自电极功能的区域,还表明,阳极表面并没有平等地装载和未装载锂。

该研究团队表示:“我们研发的工艺为我们提供了一个独特的工具,可以让我们在电池运行过程中查看电池内部情况,并分析出性能损失发生的位置和原因,让我们能够制定具体的策略,以改善卷绕式电池的设计。”