圓柱形電池的設(shè)計通常是通過將電池電極的薄夾層纏繞成圓柱形,然后再填充電解質(zhì)等液態(tài)物質(zhì),最終形成一顆圓柱形的鋰離子電池。這就要求電極必須具備很大的表面積才能夠?qū)崿F(xiàn)高容量和快速充電。

一直以來,人們?nèi)狈﹃P(guān)于圓柱形電池在充電周期中內(nèi)部的微觀結(jié)構(gòu)以及其他化學(xué)物質(zhì)動態(tài)變化的認知。

近日,德國柏林亥姆霍茲聯(lián)合會(Helmholtz-ZentrumBerlin,簡稱HZB)與英國倫敦大學(xué)學(xué)院的一個國際研究小組首次結(jié)合使用兩種互補的斷層掃描法,對電池充放電期間電極表面狀況進行了研究。

他們在法國格勒諾布爾的歐洲同步加速器輻射設(shè)施(ESRF)采用X射線斷層掃描,能夠分析電極的微觀結(jié)構(gòu),并探測到電池在充電周期中發(fā)生的變形和不持續(xù)情況。

HZB斷層掃描專家IngoManke博士表示:“另一方面,中子斷層掃描技術(shù)能夠直接觀察鋰離子的遷移,并確定電解質(zhì)在電池中的分布如何隨時間而變化。”

柏林祖斯學(xué)院(Zuse-Institut)研發(fā)了新型數(shù)學(xué)方法,讓物理學(xué)家們能夠解開電池電極,因為很難對電池的圓柱形線圈進行定量檢測。

采用此種方法可以研究圓柱形電池的特性問題,例如,內(nèi)部繞組的鋰容量顯示出與外部繞組完全不同的化學(xué)活性。中子數(shù)據(jù)可以顯示出缺乏電解質(zhì)的區(qū)域,即嚴重限制各自電極功能的區(qū)域,還表明,陽極表面并沒有平等地裝載和未裝載鋰。

該研究團隊表示:“我們研發(fā)的工藝為我們供應(yīng)了一個獨特的工具,可以讓我們在電池運行過程中查看電池內(nèi)部情況,并分析出性能損失發(fā)生的位置和原因,讓我們能夠制定具體的策略,以改善卷繞式電池的設(shè)計。”