AIST成功对锂离子二次电池充电容量的退化情况进行了无损二维定量分析

锂离子二次电池（LIB）具有较高的可储存能量密度，适合小型化和大容量的设备，因此不仅在手机和电脑中得到越来越多的应用，而且在电动汽车和可再生能源电力储存中也得到了应用。为了长期使用LIB，抑制由于反复充电和放电造成的退化变得很必要。

LIB是通过锂离子从阴极材料进入阳极材料（如石墨）来充电的。因此，对充电容量退化原因的分析需要获得如晶体的类型和密度的信息，这些晶体在不从外壳中移出的情况下会将锂离子保留在阳极材料中。然而，由于晶体取向的强度等因素，在大范围内定量获取LIB阳极材料中晶体信息的技术并未实现。

日本国立先进工业科学技术研究院（AIST）的研究人员与NISSAN ARC有限公司、高能加速器研究组织（KEK）、科学与社会综合研究组织（CROSS）展开合作，对电池电极的退化成功地实现了无损可视化，并对晶体相类型和密度进行了量化。他们将新开发的分析方法应用于晶体结构成像（布拉格边成像）测量中，对新的LIB和退化的LIB的中子束进行透射光谱分析，由此达成了研究目标。

中子束具有很高的穿透力，可以穿透LIB外壳，实现对内部的无损观察。此外，石墨或其它阳极材料的晶体结构信息也可以通过分析中子束的传输光谱获得。研究团队设计并应用了一种新的分析方法，它涵盖了石墨的晶体取向，可以直观地看到石墨阳极中锂离子的插入/抽出状态、密度、二维空间分布，定量地阐明新的LIB产品和退化的LIB产品之间的区别。运用这项技术可以对充电、放电引起的LIB退化过程进行无损的操作性观察，这将能促进更高性能电池的开发。