現(xiàn)代人什么時候沒有安全感？

當然是手機沒電的時候！

當手機提醒電量不足時，

仿佛生命敲響了警鐘！

圖片來源：Pixabay

隨著智能手機的功能不斷增加，手機電池的續(xù)航能力已經(jīng)不能滿足大家的要求，此外新能源汽車、智能電網(wǎng)等新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展也對電池性能提出了更高的要求。

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如何讓鋰電池有更大容量，更長壽命，更高安全性，成為了科學家和廠家研究的重點和熱點。

那么，你知道在鋰電池研發(fā)中，怎樣對它的性能進行測試和改進嗎？

接下來，F(xiàn)ollow Me! 一起來看看如何利用GDS如何對鋰電池進行性能測試和改進。不過，在這之前，我們需要先知道鋰電池是如何工作的。

    1、鋰電池的工作原理

充電

鋰電池充電時，電池正會跑出很多鋰離子，鋰離子經(jīng)過電解液跑到負，并迅速搶占座位——鉆入負的微孔中，成功搶占座位的鋰離子越多，就說明充電容量越高。

放電

同樣的道理，在電池放電時（也就是我們使用電池時），鉆入負微孔中的鋰離子就會重新跑回正。回到正的鋰離子越多，表示放電容量會越高，也就是我們通常說的電池容量越高。

簡單來說，電池充放電其實就是鋰離子在正與負間來回跑步的過程，跑到終點站的鋰離子越多，代表電池容量越高，可使用時間越長。

2、用GDS尋找消失的鋰離子

了解了上述原理后，就不難理解，鋰電池在使用一段時間后，充電越來越頻繁，放電時間越來越短，本質(zhì)原因是來回奔跑的鋰離子數(shù)量減少了，那么這些鋰離子是如何消失的呢？

這就需要用GDS技術(shù)來一探究竟了。

我們利用GDS測定了單次充電和單次放電后的鋰電池里，主要元素在不同深度的濃度變化（整個反應貫穿陽鍍層60微米）。如下圖：

鋰電池充電、放電后陽主要元素隨深度的變化（GDS）

通過研究這些變化，我們發(fā)現(xiàn)鋰電池在充、放電過程中會有副反應發(fā)生。副反應會在鋰電池陽表面形成副產(chǎn)物導致反應電阻增加，而使得鋰電池的功率衰退。也就是說鋰離子會因為副反應而減少，從而影響鋰電池的性能。

3、GDS參與鋰電池改性過程

除了電池容量外，溫度性能也是衡量鋰電池好壞的重要因素。

冬季電動汽車續(xù)航的明顯下降，一臺普通的電動小轎車，即使不開空調(diào)，100公里的耗電量也會達到15kWh以上。另外，北方同學應該也遇到過冬天手機掉電嚴重的情況。

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而在高溫度的環(huán)境，例如夏季的車內(nèi)，也有出現(xiàn)手機屏幕故障或者爆炸的情況。

有沒有辦法能夠改善鋰電池在低溫或高溫環(huán)境下使用性能呢？

有一種方式是在電池陽材料表面涂覆一種新的鍍層材料磷酸鑭，為陽表面改性來改善電池性能，那它的效果如何呢？

下面的兩張圖是GDS對沒有涂覆磷酸鑭層的鋰電池性能檢測結(jié)果，上面的圖表示正常情況下鍍層元素（Ni,Co,Mn）的變化趨勢，下圖則是環(huán)境變化（50攝氏度存儲7天）后，鍍層元素的變化趨勢。

圖a表示存儲前；圖b表示在50攝氏度存儲7天

可以看出一旦環(huán)境發(fā)生改變，鍍層元素含量變化趨勢發(fā)生了明顯變化，而這代表了鋰電池的性能還不夠穩(wěn)定。

我們再來看看GDS對涂覆過磷酸鑭層的鋰電池性能檢測的結(jié)果，可以看出：即使環(huán)境發(fā)生改變，鍍層元素（Ni,Co,Mn）含量的變化趨勢也沒有發(fā)生太大變化，和沒有涂覆磷酸鑭層相比，鋰電池的性能穩(wěn)定性得到了明顯提高。

圖a表示存儲前；圖b表示在50攝氏度存儲7天后

以上結(jié)果來源于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)

所以說通過GDS對鋰電池電的分析，我們可以研究電改性、循環(huán)副反應、電池壽命等過程，從本質(zhì)上獲得鋰電池性能改進的方案。

世界各國越來越重視環(huán)境問題，未來，開發(fā)應用于混合動力車和燃料混合動力車的大功率鋰電池將成為主流，相信GDS在這一過程中也將繼續(xù)扮演者重要角色。

除了上節(jié)課的鋼鐵行業(yè)和今天的鋰電池行業(yè)外，GDS還在哪些領(lǐng)域發(fā)揮重要作用呢？下節(jié)課，我將繼續(xù)和大家分享，不要錯過哦~

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【GDS微課堂-1】隨Dr.JY掀起GDS神秘面紗

【GDS微課堂-2】七問七答，掌握GDS常用概念

【GDS微課堂-3】GDS解密：如何打造鋼鐵俠的戰(zhàn)衣盔甲?

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