Joule: 基于热波传感的锂离子电池锂浓度动态现场原位监测技术

电池传感技术的发展对于锂离子电池 (LIB) 的安全、可靠和快速运行至关重要。随着充电电流的增加，电极中会产生大的锂浓度梯度，并可能导致锂离子电池在快速充电过程中过早衰减。然而，现有电池诊断工具提供的空间平均化学信息不足以理解LIB的衰减。

在此，美国劳伦斯伯克利国家实验室的Sean D. Lubner和Ravi S. Prasher等人报告了一种使用热波动态现场原位监测局部锂浓度作为电池内电极深度的函数的方法，这也是首次利用电极电导率受锂离子嵌入/脱嵌影响关系进行锂浓度测试的方法。

Li[Ni_0.5Mn_0.3Co_0.2]O₂(NMC532)//石墨锂离子软包电池中石墨负极的概念验证实验表明，该方法提供了锂浓度的平面空间分布，其分辨率和精度与能量色散X射线衍射 (EDXRD) 相当。

图1. 用于锂浓度监测的热波传感概念

这种方法不仅限于石墨负极，还普遍适用于探测电池电极中的锂浓度分布。作者详细介绍了将锂浓度与热导率联系起来的物理机制，并解释如何使用热波来测量这些特性。

此外，还描述了该技术在实践中是如何执行的，并展示了在不同充电速率下运行的LIB内石墨负极的测量结果。这项工作为研究快速充电期间LIB的早期衰减提供了一种替代昂贵且耗时的同步加速器/中子测试的监测方法。

图2. 利用该传感器和使用EDXRD得出的锂分布结果对比

Operando spatial mapping of lithium concentration using thermal-wave sensing, Joule. 2021. DOI: 10.1016/j.joule.2021.06.008

https://doi.org/10.1016/j.joule.2021.06.008

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