研究目的
通过原位光学观测与模拟研究缺陷对锂离子电池电极扩散行为的影响。
研究成果
研究表明，垂直于锂离子扩散方向的含气缺陷会减缓锂离子扩散，而平行于该方向的含电解液缺陷则会加速扩散。缺陷的形状和尺寸对扩散行为影响显著，其中垂直含气缺陷与平行含电解液缺陷的影响最为突出。计算得出的等效扩散系数有助于优化锂离子电池的电极设计。
研究不足
该研究将复杂的锂传输和相变过程简化为均质扩散过程，忽略了微观相变和电化学势。单路径扩散实验与实际商用电池条件不同。
1：实验设计与方法选择：
开发了一套原位光学观测系统，用于监测商用石墨电极中预引入缺陷周围的锂扩散情况。研究考虑了不同类型缺陷（充气缺陷和电解液填充缺陷）及其相对于锂扩散方向的取向。采用有限元分析（FEA）模拟并解析扩散行为。
2：样品选择与数据来源：
使用商用石墨电极，通过微加工引入椭圆形缺陷。电解液为1 M LiPF6溶于1:1体积比的碳酸二甲酯（DMC）和碳酸乙烯酯（EC）混合溶剂。
3：实验设备与材料清单：
自制用于光学观测的原位电池、记录颜色变化的CCD相机，以及施加恒电流的电池充放电测试系统。
4：实验步骤与操作流程：
在氩气手套箱中组装原位电池。施加恒电流密度，记录石墨在锂扩散过程中的颜色变化。采用有限元分析解析扩散过程。
5：数据分析方法：
应用质量守恒定律建立锂传输模型，采用无量纲公式简化计算。通过有限元分析求解不同边界条件和几何形态下的控制方程。
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