現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，手機電池的續航能力已經不能滿足大家的要求，此外新能源汽車、智能電網等新興產業發展也對電池性能提出了更高的要求。

圖片來源：Pixabay

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中，怎樣對它的性能進行測試和改進嗎？

接下來，Follow 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?；氐秸匿囯x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，本質原因是來回奔跑的鋰離子數量減少了，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，我們發現鋰電池在充、放電過程中會有副反應發生。副反應會在鋰電池陽表面形成副產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。

冬季電動汽車續航的明顯下降，一臺普通的電動小轎車，即使不開空調，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。

圖片來源：Pixabay

而在高溫度的環境，例如夏季的車內，也有出現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

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

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果，可以看出：即使環境發生改變，鍍層元素（Ni,Co,Mn）含量的變化趨勢也沒有發生太大變化，和沒有涂覆磷酸鑭層相比，鋰電池的性能穩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、循環副反應、電池壽命等過程，從本質上獲得鋰電池性能改進的方案。

世界各國越來越重視環境問題，未來，開發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扮演者重要角色。

除了上節課的鋼鐵行業和今天的鋰電池行業外，GDS還在哪些領域發揮重要作用呢？下節課，我將繼續和大家分享，不要錯過哦~

HORIBA光譜入門手冊自2014年推出以來備受好評，為了幫助大家更好地理解，我們發布了GDS微課堂系列文章。

除了GDS，光譜入門手冊還包括拉曼、輝光放電、橢圓偏振光譜等系列合集。

往期回顧：

【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衣盔甲?

>>>>    HORIBA Optical School

HORIBA一直致力于為用戶普及光譜基礎知識，旗下的JobinYvon更有著200年的光學、光譜經驗，HORIBA非常樂意與大家分享這些經驗，為此特創立Optical School（光譜學院）。無論是剛接觸光譜的學生，還是希望有所建樹的研究者，都能在這里找到適合的資料及課程。 

HORIBA希望通過這種分享方式，使您對光學及光譜技術有更系統、全面的了解，不斷提高儀器使用水平，解決應用中的問題，進而提升科研水平，更好地探索未知世界。