第一作者：Meng Li
通讯作者：Boryann Liaw
通讯单位：美国爱达荷国家实验室
成果速览
本研究开发了一种新颖的非破坏性方法，用于追踪锂离子电池中活性锂（Li）的剩余含量，类似于汽车发动机的油量表。通过将过渡金属氧化物的理论容量转换为锂含量分析，研究人员能够可靠地追踪电极中的锂含量，并揭示电池配方和测试方法对性能的影响。研究发现，与容量分析相比，锂含量追踪能够揭示电极-电解液界面附近的化学计量变化。 通过追踪从电池形成到寿命末期的四个关键变量，研究者使用热力学框架对电极和电池性能进行了特征化。这种精确的锂含量利用差异分析有望实现更精确的电池工程、评估、故障分析和风险缓解。该方法可能适用于从电池单元设计优化、制造到电池管理的各个阶段，从而提高电池性能和可靠性。
图文导读
图 1：展示了九个电池在形成周期中的电压与比容量曲线，以及将这些结果转换为等效电压（Veq）与锂含量（x）的关系。图中显示了不同电池配方和测试条件下的电池性能。
图 2：通过GITT实验得到的一个电池的充电-放电曲线，以及Veq与比容量的关系。图中还展示了考虑理论容量和利用效率U后的Veq与x曲线，揭示了充电和放电过程中锂含量的变化。
图 3：展示了三个电池在不同Vmax充电截止电压下循环老化的充电保持率，以及相应的Veq与x曲线的进展。这些图表揭示了循环老化过程中电池性能的变化。
图 4：追踪了三个电池在循环老化过程中关键变量的变化，包括比容量保留、锂含量变化、利用系数U的变化，以及锂含量情况。
图 5：追踪了不同电池在循环过程中依赖于阳极提供额外锂含量的情况，揭示了电池性能维持的关键因素。
亮点介绍
1. 创新性地提出了一种非破坏性的锂含量追踪方法，为电池状态评估提供了新的视角。
2. 通过锂含量追踪，能够更准确地分析电池性能和寿命的影响因素，有助于电池设计的优化。
3. 研究结果表明，锂含量追踪方法能够提高电池工程的精确性和可靠性，有助于提升电池性能。
4. 该方法可广泛应用于电池单元的设计优化、制造和电池管理，具有重要的实际应用价值。
文献信息
标题：Lithium inventory tracking as a non-destructive battery evaluation and monitoring method
期刊：Nature Energy
