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電池傳感技術的發展對于鋰離子電池 (LIB) 的安全、可靠和快速運行至關重要。隨著充電電流的增加，電極中會產生大的鋰濃度梯度，并可能導致鋰離子電池在快速充電過程中過早衰減。然而，現有電池診斷工具提供的空間平均化學信息不足以理解LIB的衰減。

在此，美國勞倫斯伯克利國家實驗室的Sean D. Lubner和Ravi S. Prasher等人報告了一種使用熱波動態現場原位監測局部鋰濃度作為電池內電極深度的函數的方法，這也是首次利用電極電導率受鋰離子嵌入/脫嵌影響關系進行鋰濃度測試的方法。

Li[Ni_0.5Mn_0.3Co_0.2]O₂(NMC532)//石墨鋰離子軟包電池中石墨負極的概念驗證實驗表明，該方法提供了鋰濃度的平面空間分布，其分辨率和精度與能量色散X射線衍射 (EDXRD) 相當。

圖1. 用于鋰濃度監測的熱波傳感概念

這種方法不僅限于石墨負極，還普遍適用于探測電池電極中的鋰濃度分布。作者詳細介紹了將鋰濃度與熱導率聯系起來的物理機制，并解釋如何使用熱波來測量這些特性。

此外，還描述了該技術在實踐中是如何執行的，并展示了在不同充電速率下運行的LIB內石墨負極的測量結果。這項工作為研究快速充電期間LIB的早期衰減提供了一種替代昂貴且耗時的同步加速器/中子測試的監測方法。

圖2. 利用該傳感器和使用EDXRD得出的鋰分布結果對比

Operando spatial mapping of lithium concentration using thermal-wave sensing, Joule. 2021. DOI: 10.1016/j.joule.2021.06.008

https://doi.org/10.1016/j.joule.2021.06.008

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