現(xiàn)代人什么時候沒有安全感,？

當(dāng)然是手機(jī)沒電的時候,！

當(dāng)手機(jī)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(jī)的功能不斷增加,，手機(jī)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(xué)家和廠家研究的重點(diǎn)和熱點(diǎn),。

那么，你知道在鋰電池研發(fā)中,，怎樣對它的性能進(jìn)行測試和改進(jìn)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(jìn)行性能測試和改進(jìn),。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(fù),，并迅速搶占座位——鉆入負(fù)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(fù)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(fù)間來回跑步的過程,，跑到終點(diǎn)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(yīng)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(yīng)發(fā)生,。副反應(yīng)會在鋰電池陽表面形成副產(chǎn)物導(dǎo)致反應(yīng)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(yīng)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?yán)m(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(dá)到15kWh以上。另外,，北方同學(xué)應(yīng)該也遇到過冬天手機(jī)掉電嚴(yán)重的情況,。

圖片來源：Pixabay

而在高溫度的環(huán)境，例如夏季的車內(nèi),，也有出現(xiàn)手機(jī)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(yīng),、電池壽命等過程，從本質(zhì)上獲得鋰電池性能改進(jìn)的方案,。

世界各國越來越重視環(huán)境問題,，未來，開發(fā)應(yīng)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-2】七問七答,，掌握GDS常用概念

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