中國金宝搏入口188開發出長效穩定的鋰離子電池原位膨脹力監測技術
中國(guo)金宝搏入口188蘇(su)州高等研究(jiu)(jiu)(jiu)院(yuan)潘挺睿教授(shou)、常煜研究(jiu)(jiu)(jiu)員團隊與(yu)中國(guo)金宝搏入口188工程(cheng)科(ke)學(xue)學(xue)院(yuan)熱(re)科(ke)學(xue)和能(neng)源工程(cheng)系談(tan)鵬(peng)教授(shou)團隊，中國(guo)科(ke)學(xue)院(yuan)深(shen)圳(zhen)先(xian)進(jin)技(ji)術研究(jiu)(jiu)(jiu)院(yuan)唐永(yong)炳教授(shou)、張(zhang)帆研究(jiu)(jiu)(jiu)員團隊合作于4月25日(ri)在National Science Review上發表題目(mu)為“Unified iontronic sensing for operando monitoring of physical-chemical events in lithium-ion batteries”的研究(jiu)(jiu)(jiu)論文。
鋰離子(zi)電(dian)池因其(qi)高(gao)能量密度和長(chang)循環壽(shou)命而成為(wei)電(dian)動(dong)汽車和儲(chu)能系統(tong)的(de)核(he)心。然而，鋰枝晶(jing)生長(chang)、SEI膜生長(chang)等問(wen)題威脅著電(dian)池的(de)使用安(an)全與服(fu)役壽(shou)命。在(zai)電(dian)池內原位檢測枝晶(jing)和SEI膜生長(chang)過程中的(de)膨(peng)脹力變化被認為(wei)是實現早期(qi)預警和精準監測的(de)有效(xiao)方法。傳統(tong)的(de)植(zhi)入式光(guang)(guang)纖監測方法存在(zai)系統(tong)尺(chi)寸大、光(guang)(guang)纖力學性能脆弱等問(wen)題；而柔性壓力傳感器在(zai)腐蝕性電(dian)解液環境中長(chang)期(qi)穩定性不足(zu)。
圖(tu)：系統(tong)示意圖(tu) (a) 植入電池(chi)內的(de)一體(ti)(ti)式離(li)電傳(chuan)感技術；（b）一體(ti)(ti)式離(li)電傳(chuan)感器結構圖(tu)；（c）壓(ya)力(li)傳(chuan)感單元(yuan)壓(ya)力(li)響(xiang)應機理；（d）參比單元(yuan)監測電解液離(li)子電導性原理；（e）通過補償算法消(xiao)除(chu)環(huan)境因素對壓(ya)力(li)傳(chuan)感單元(yuan)的(de)干(gan)擾
針對(dui)這(zhe)一(yi)(yi)挑(tiao)戰，本研究(jiu)開(kai)(kai)發(fa)了一(yi)(yi)種(zhong)基于(yu)一(yi)(yi)體式(shi)離(li)電(dian)(dian)(dian)傳感(gan)技(ji)(ji)術(shu)的(de)(de)新型原位(wei)監(jian)測技(ji)(ji)術(shu)，利用(yong)鋰(li)(li)離(li)子電(dian)(dian)(dian)池自身的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)解(jie)液和材料構建傳感(gan)界面，無需(xu)額外封裝即可(ke)(ke)實現(xian)高精度(du)(du)壓(ya)(ya)力(li)(li)監(jian)測。這(zhe)種(zhong)結構不僅與電(dian)(dian)(dian)池材料高度(du)(du)兼容，還解(jie)決了傳統柔性(xing)(xing)(xing)壓(ya)(ya)力(li)(li)傳感(gan)器(qi)在腐(fu)蝕性(xing)(xing)(xing)環境中的(de)(de)穩定性(xing)(xing)(xing)難題。實驗(yan)表明(ming)，一(yi)(yi)體式(shi)離(li)電(dian)(dian)(dian)傳感(gan)技(ji)(ji)術(shu)可(ke)(ke)以對(dui)Pa級別(bie)的(de)(de)膨脹力(li)(li)變化(hua)(hua)產生(sheng)響應，并(bing)能(neng)在電(dian)(dian)(dian)池內穩定工作超(chao)過1個(ge)月。該技(ji)(ji)術(shu)可(ke)(ke)通過壓(ya)(ya)力(li)(li)曲線不對(dui)稱性(xing)(xing)(xing)和峰值變化(hua)(hua)捕捉到鋰(li)(li)枝(zhi)晶的(de)(de)不可(ke)(ke)逆沉(chen)積。作為(wei)驗(yan)證(zheng)，通過充放電(dian)(dian)(dian)循環400周加速老化(hua)(hua)實驗(yan)，記錄了因(yin)SEI層增(zeng)厚和鋰(li)(li)枝(zhi)晶生(sheng)長(chang)導致的(de)(de)壓(ya)(ya)力(li)(li)累積，發(fa)現(xian)壓(ya)(ya)力(li)(li)變化(hua)(hua)與容量衰(shuai)減趨勢(shi)高度(du)(du)吻合(he)。該技(ji)(ji)術(shu)為(wei)智能(neng)電(dian)(dian)(dian)池設計開(kai)(kai)辟了新路徑，其(qi)低成本、高精度(du)(du)和長(chang)壽命特性(xing)(xing)(xing)尤其(qi)適用(yong)于(yu)車載電(dian)(dian)(dian)池管(guan)理系(xi)統。
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文章鏈接：//doi.org/10.1093/nsr/nwaf151
（蘇(su)州高等(deng)研(yan)究院、熱科學和能源工程(cheng)系、科研(yan)部）
