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)(guo)金宝搏入口188蘇(su)州高等研(yan)(yan)(yan)究(jiu)(jiu)院(yuan)潘挺睿教授、常煜研(yan)(yan)(yan)究(jiu)(jiu)員團隊與中國(guo)(guo)金宝搏入口188工程科(ke)學(xue)(xue)學(xue)(xue)院(yuan)熱科(ke)學(xue)(xue)和能源工程系談鵬(peng)教授團隊，中國(guo)(guo)科(ke)學(xue)(xue)院(yuan)深圳先進技術研(yan)(yan)(yan)究(jiu)(jiu)院(yuan)唐永炳教授、張帆研(yan)(yan)(yan)究(jiu)(jiu)員團隊合作(zuo)于(yu)4月25日在National Science Review上(shang)發表題目為(wei)“Unified iontronic sensing for operando monitoring of physical-chemical events in lithium-ion batteries”的研(yan)(yan)(yan)究(jiu)(jiu)論文。
鋰離子電(dian)池因(yin)其高能(neng)量(liang)密度(du)和長(chang)(chang)循環(huan)壽命(ming)而(er)成為電(dian)動汽(qi)車和儲能(neng)系(xi)統(tong)的核心。然(ran)而(er)，鋰枝晶生(sheng)(sheng)長(chang)(chang)、SEI膜生(sheng)(sheng)長(chang)(chang)等(deng)問題威(wei)脅著電(dian)池的使(shi)用安全與(yu)服役壽命(ming)。在(zai)(zai)電(dian)池內原(yuan)位(wei)檢測(ce)枝晶和SEI膜生(sheng)(sheng)長(chang)(chang)過程中(zhong)的膨脹力變化被認為是實(shi)現(xian)早期(qi)預警和精準監測(ce)的有效方法(fa)(fa)。傳(chuan)統(tong)的植(zhi)入式光(guang)纖監測(ce)方法(fa)(fa)存在(zai)(zai)系(xi)統(tong)尺寸大、光(guang)纖力學性(xing)能(neng)脆弱(ruo)等(deng)問題；而(er)柔性(xing)壓力傳(chuan)感器在(zai)(zai)腐蝕性(xing)電(dian)解液(ye)環(huan)境(jing)中(zhong)長(chang)(chang)期(qi)穩定性(xing)不足。
圖：系(xi)統示意(yi)圖 (a) 植入電(dian)池內的一(yi)體式離電(dian)傳(chuan)(chuan)感技術；（b）一(yi)體式離電(dian)傳(chuan)(chuan)感器結構圖；（c）壓(ya)(ya)力(li)傳(chuan)(chuan)感單元(yuan)壓(ya)(ya)力(li)響(xiang)應機理；（d）參比單元(yuan)監測電(dian)解(jie)液離子電(dian)導性原理；（e）通過(guo)補償算法消除環境因素(su)對壓(ya)(ya)力(li)傳(chuan)(chuan)感單元(yuan)的干擾
針對(dui)這一挑戰，本研究開(kai)發(fa)了(le)(le)一種(zhong)基于一體式離(li)(li)電(dian)(dian)傳(chuan)(chuan)感技(ji)(ji)術(shu)(shu)的(de)新(xin)型原位監測技(ji)(ji)術(shu)(shu)，利(li)用鋰離(li)(li)子(zi)電(dian)(dian)池自身(shen)的(de)電(dian)(dian)解液(ye)和(he)材料(liao)構建傳(chuan)(chuan)感界(jie)面，無需額外(wai)封裝即可實(shi)現高精(jing)度(du)壓(ya)力(li)(li)監測。這種(zhong)結(jie)構不僅與(yu)電(dian)(dian)池材料(liao)高度(du)兼容(rong)，還解決了(le)(le)傳(chuan)(chuan)統(tong)柔性(xing)(xing)壓(ya)力(li)(li)傳(chuan)(chuan)感器在(zai)腐蝕性(xing)(xing)環(huan)境中(zhong)的(de)穩定性(xing)(xing)難題。實(shi)驗表明，一體式離(li)(li)電(dian)(dian)傳(chuan)(chuan)感技(ji)(ji)術(shu)(shu)可以(yi)對(dui)Pa級別的(de)膨脹力(li)(li)變化(hua)(hua)產(chan)生響應，并能在(zai)電(dian)(dian)池內穩定工作超過(guo)(guo)1個月(yue)。該(gai)技(ji)(ji)術(shu)(shu)可通過(guo)(guo)壓(ya)力(li)(li)曲線不對(dui)稱性(xing)(xing)和(he)峰值變化(hua)(hua)捕捉到鋰枝晶的(de)不可逆沉積(ji)。作為驗證，通過(guo)(guo)充(chong)放電(dian)(dian)循環(huan)400周(zhou)加(jia)速老化(hua)(hua)實(shi)驗，記錄了(le)(le)因SEI層(ceng)增厚和(he)鋰枝晶生長導致的(de)壓(ya)力(li)(li)累積(ji)，發(fa)現壓(ya)力(li)(li)變化(hua)(hua)與(yu)容(rong)量衰(shuai)減(jian)趨勢高度(du)吻(wen)合。該(gai)技(ji)(ji)術(shu)(shu)為智能電(dian)(dian)池設計開(kai)辟了(le)(le)新(xin)路徑，其(qi)(qi)低成本、高精(jing)度(du)和(he)長壽命特性(xing)(xing)尤其(qi)(qi)適用于車載電(dian)(dian)池管理系統(tong)。
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文章(zhang)鏈接：//doi.org/10.1093/nsr/nwaf151
（蘇州(zhou)高(gao)等研究院、熱科學和能(neng)源工程系、科研部）
