2020-12-11 16:34:12, HORIBA HORIBA(中国)
当然是手机没电的时候!
当手机提醒电量不足时,
仿佛生命敲响了倒计时警钟!
图片来源:Pixabay
随着智能手机的功能不断增加,手机电池的续航能力已经不能满足大家的要求,此外新能源汽车、智能电网等新兴产业发展也对电池性能提出了更高的要求。
图片来源:Pixabay
如何让锂电池有更大容量,更长寿命,更高安全性,成为了科学家和厂家研究的重点和热点。
那么,你知道在锂电池研发中,怎样对它的性能进行测试和改进吗?
锂电池充电时,电池正极会跑出很多锂离子,锂离子经过电解液跑到负极,并迅速抢占座位——钻入负极的微孔中,成功抢占座位的锂离子越多,就说明充电容量越高。

同样的道理,在电池放电时(也就是我们使用电池时),钻入负极微孔中的锂离子就会重新跑回正极。回到正极的锂离子越多,表示放电容量会越高,也就是我们通常说的电池容量越高。

简单来说,电池充放电其实就是锂离子在正极与负极间来回跑步的过程,跑到终点站的锂离子越多,代表电池容量越高,可使用时间越长。
了解了上述原理后,就不难理解,锂电池在使用一段时间后,充电越来越频繁,放电时间越来越短,本质原因是来回奔跑的锂离子数量减少了,那么这些锂离子是如何消失的呢?
这就需要用GDS技术来一探究竟了。
我们利用GDS测定了单次充电和单次放电后的锂电池里,主要元素在不同深度的浓度变化(整个反应贯穿阳极镀层60微米)。如下图:
锂电池充电、放电后阳极主要元素随深度的变化(GDS)
通过研究这些变化,我们发现锂电池在充、放电过程中会有副反应发生。副反应会在锂电池阳极表面形成副产物导致反应电阻增加,而使得锂电池的功率衰退。也就是说锂离子会因为副反应而减少,从而影响锂电池的性能。
除了电池容量外,温度性能也是衡量锂电池好坏的重要因素。
有没有办法能够改善锂电池在低温或高温环境下使用性能呢?
下面的两张图是GDS对没有涂覆磷酸镧层的锂电池性能检测结果,上面的图表示正常情况下镀层元素(Ni,Co,Mn)的变化趋势,下图则是环境变化(50摄氏度存储7天)后,镀层元素的变化趋势。
图a表示存储前;图b表示在50摄氏度存储7天
可以看出一旦环境发生改变,镀层元素含量变化趋势发生了明显变化,而这代表了锂电池的性能还不够稳定。
我们再来看看GDS对涂覆过磷酸镧层的锂电池性能检测的结果,可以看出:即使环境发生改变,镀层元素(Ni,Co,Mn)含量的变化趋势也没有发生太大变化,和没有涂覆磷酸镧层相比,锂电池的性能稳定性得到了明显提高。
图a表示存储前;图b表示在50摄氏度存储7天后
以上结果来源于The effects of LaPO4 coating on the electrochemical properties of Li[Ni0.5Co0.2Mn0.3]O2 cathode material (H.G. Song et al. / Solid State Ionics xxx (2012) xxx–xxx)
所以说通过GDS对锂电池电极的分析,我们可以研究电极改性、循环副反应、电池寿命等过程,从本质上获得锂电池性能改进的方案。
世界各国越来越重视环境问题,未来,开发应用于混合动力车和燃料混合动力车的大功率锂电池将成为主流,相信GDS在这一过程中也将继续扮演者重要角色。
除了上节课的钢铁行业和今天的锂电池行业外,GDS还在哪些领域发挥重要作用呢?下节课,我将继续和大家分享,不要错过哦~
HORIBA光谱入门手册自2014年推出以来备受好评,为了帮助大家更好地理解,我们发布了GDS微课堂系列文章。
除了GDS,光谱入门手册还包括拉曼、辉光放电、椭圆偏振光谱等系列合集。
您可点击阅读原文进行浏览,还可分享至朋友圈让更多科研工作者看到。
【GDS微课堂-3】GDS解密:如何打造钢铁侠的战衣盔甲?
>>>> HORIBA Optical School
HORIBA一直致力于为用户普及光谱基础知识,旗下的JobinYvon更有着200年的光学、光谱经验,HORIBA非常乐意与大家分享这些经验,为此特创立Optical School(光谱学院)。无论是刚接触光谱的学生,还是希望有所建树的研究者,都能在这里找到适合的资料及课程。
HORIBA希望通过这种分享方式,使您对光学及光谱技术有更系统、全面的了解,不断提高仪器使用水平,解决应用中的问题,进而提升科研水平,更好地探索未知世界。
04-24 汉尧
四方光电荣膺工信部“制造业单项冠军企业”04-24 四方光电
文末惊喜丨你的合成反应“翻过车”吗?这些痛点,中了几个?04-24 奥豪斯
传奇续写:奥豪斯旗下涡旋振荡器Vortex-Genie 2焕新登场04-24 奥豪斯
采用先进防静电技术,最大限度减少干扰04-24 奥豪斯
询价有礼 | 奥豪斯电化学产品解决方案04-24 奥豪斯
官宣!5月16日,第五届量子科仪节暨量子精密测量产业应用峰会与您相约合肥!04-23 CIQTEK
Angew速递:台式easyXAFS原位解析高效析氧反应的定向非晶到非晶重构04-23 Dr. Dai
安捷伦与西北农林科技大学共建“旱区农产品感官科学联合实验室”04-23
五一水机关不关?测测你是水机“杀手”还是“达人”04-23 默克MilliQ纯水
Adv Sci(IF 14.1) | 上海交通大学王慧/李晓光/李辰团队通过时空蛋白质组学图谱揭示食管鳞状细胞癌早期进展的预警信号04-23
在山野间畅快呼吸,于同心处共启新程04-23 毕克气体
MSTD系列显微镜专用电动滑台:显微镜下图像分毫必现04-23 光电行业都会关注
分光光度计怎么用?一步步教你正确操作与数据读取方法04-23 管理员
分光光度计的工作原理详解:从朗伯-比尔定律到现代检测技术04-23 管理员
2026国产化电镜技术前沿与产学研用协同发展论坛顺利召开!04-22 CIQTEK
2026 磁共振技术应用与创新学术交流会圆满落幕!聚焦磁共振前沿,共探国产仪器创新之路04-22 CIQTEK
展会回顾|“融两业共生之力 筑湾区超级枢纽”2026大湾区创新生态大会04-22 谱临晟
安捷伦的地球日|以科学之力,将可持续落实到每一天04-22 安捷伦
荧飒光学践行企业社会责任,赋能光电人才高质量培养04-22 荧飒光学




