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锂电池表征方法中的“特长生”——中子成像技术 | NSR

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由于中子射线与物质之间独特的作用原理,中子成像技术已发展为观测锂电池内部物态分布的重要表征技术,《国家科学评论》(National Science Review, NSR)近期在线发表了北京大学邹如强教授和南方科技大学韩松柏教授的综述文章“Application of neutron imaging in observing various states of matter inside lithium batteries”。



锂电池作为一种重要的储能工具,已经成为现代生活中不可或缺的一部分。但随着现代工业的飞速发展,锂电池的能量密度、循环寿命以及安全性能已不能满足需求,需通过先进的表征方法来分析锂电池的内部演变机制,从而为锂电池的发展提供理论依据。

不带电的中子射线具有很强的穿透性,对锂电池中所包含的氢、锂等轻元素十分敏感,因此中子成像在用于观察锂电池内部物态分布方面具有得天独厚的优势。在该文章中,研究人员从固、液、气三种物相角度对中子成像技术在锂电池表征中的应用进行了综述。在固相方面,中子成像可以充分发挥其对锂元素的敏感性,分析电极材料中的锂浓度以判断电池的荷电状态(SOC)。同时,中子成像可以原位观察锂金属负极所涉及的锂枝晶生长、体积变化、不均匀沉积等问题,弥补X射线成像在该方面的不足。在液相方面,中子成像可用于分析电解液在电池内部的浸润过程,以及在电池循环中所涉及的电解液消耗问题。在气相方面,中子成像可原位观察伴随电池内部副反应的产气现象。此外,文章也针对锂金属电池、固态电池、锂硫电池、锂氧电池所面临的问题,提出了中子成像在这些新型电池技术发展中可发挥的作用与潜力。

该综述文章的通讯作者为北京大学邹如强教授、南方科技大学韩松柏教授,第一作者为北京大学博士后高磊。

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