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基于激光剥蚀-电感耦合等离子体-光学发射光谱法的循环电极上锂分布与过渡金属沉积的定量空间分辨死后分析

DOI：10.1039/C9RA09464D 期刊：RSC Advances 出版年份：2020 更新时间：2025-09-19 17:13:59
摘要： 降低锂离子电池（LIBs）性能损耗仍是一项尚未攻克的挑战。要理解其劣化过程与机理（即所谓的老化现象），需要对老化电池进行精确的分析检测。锂或过渡金属在电池单元中的分布变化会显著影响其循环寿命和日历寿命。由于电化学处理后的电池（尤其是电极）老化并不均匀，且局部电化学特性（如沉积模式）与表面性质密切相关，因此整体分析并非理想的检测手段。为此，本文提出一种表面敏感检测技术——激光剥蚀电感耦合等离子体发射光谱法（LA-ICP-OES）。研究采用213纳米Nd:YAG激光器，对以锂金属氧化物LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2（NCM111）为正极材料、石墨为负极材料的锂离子电池单元进行了分析。
作者： Constantin L¨urenbaum，Britta Vortmann-Westhoven，Marco Evertz，Martin Winter，Sascha Nowak
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

理解劣化过程和机制（即所谓的老化）需要对老化电池进行精确的分析检测。锂离子电池中锂或过渡金属分布的变化会显著影响其循环寿命和日历寿命。

研究成果

通过激光剥蚀电感耦合等离子体质谱（LA-ICP-OES）对循环阳极上锂、镍、钴和锰进行空间分辨定量分析，成功应用于锂离子电池电极的失效分析。采用自配基质匹配标准样品进行定量分析，可获得相关系数高于r2=0.99且标准偏差较低的检测结果。对电化学处理后的碳质阳极研究发现，电化学老化电极上锂分布均匀。利用该LA-ICP-OES分析系统可测定过渡金属沉积物的含量与分布，结果显示所研究的三种过渡金属（锰、钴和镍）均呈均匀分布。

研究不足

最高锂浓度为3 wt%，以NCM111计算得出，因此镍的最高标准为8.6 wt%，钴为8.7 wt%，锰为8.1 wt%。标准样品的制备（即基体匹配）受限于合理用量的NCM。石墨负极中NCM的最高用量设定为3 wt%。部分结果需通过外推法获得，因为测量信号超出校准范围，且此类高浓度下无法获取基体匹配的标准样品。

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