基于光学的电池诊断：解码化学机械演变

Josiah02

NCM811材料被认为是高能量密度锂离子电池的主要正极材料。然而，多晶NCM材料因应力引起的裂纹会加速活性物质的损失，限制其使用寿命。因此，监测和了解NCM材料的化学-机械演变至关重要。
为了解决这一难题，黄云辉教授和李震教授领导的研究团队引入光纤来原位检测NCM811正极的应力演变。通过设计光纤与电池的集成，成功监测了材料层面的应力演变。同时，由于光纤尺寸小、化学稳定性好，植入对电池性能和传感信号传输的影响也很小。
他们发现，多晶 NCM811 的应力演变主要包括化学应力和结构应力。化学应力是由材料的（脱）锂化引起的，这是正常且不可避免的。重要的是，结构应力会引起裂纹，这对性能有害。因此，消除裂纹，即减轻结构损伤，是提高性能的关键。
结合晶体学结果，证明了结构应力是由锂化（脱）过程中晶体c轴的非单调变化和多晶中一次粒子的各向异性引起的。因此，提出了改善一次粒子的各向异性以构建有序排列结构以获得化学-机械稳定的多晶材料。
经证明，有序排列结构的多晶材料结构应力得到缓解，同时该材料在0.5C电流密度下经过500次循环后仍具有82%的高容量保持率。
黄教授表示：“光学传感凭借诸多优势，在电池监测领域受到广泛关注。我们将光纤植入电极，获取材料层面的应力信息，解析材料的化学-机械演化，助力构建化学-机械稳定材料。未来，光学传感将在电池中发挥重要作用，助力打造更好、更安全、更智能的电池。”
该研究论文题为“ LiNi 0.8 Co 0.1 Mn 0.1 O 2正极中的原位化学-机械演化”，最近发表在《国家科学评论》上。