Применение метода нейтронной радиографии для исследования миграции ионов лития в электрических батареях в процессе разряда

Аннотация

Литий-ионные батареи широко используются в современной технике в качестве надежного и стабильного источника питания. Они представляют собой пару электродов, разделенных специальным материалом пропитанным электролитом. Носителями заряда в таких устройствах являются ионы лития. Одним из факторов, влияющим на работу таких батарей, является миграция ионов лития. Исследования показали, что анизотропная миграция ионов лития на электроде приводит к возникновению локальных дислокаций кристаллической решетки. В результате этого структура анода прекращает быть неоднородной, что приводит к неэффективному передвижению зарядов в нем и соответственно к снижению эффективности батареи [1]. Поэтому разрабатываются новые и улучшаются существующие типы литий-ионные батареи с повышенной эффективностью. Для чего проводятся исследования, в частности, направленные на изучение процессов миграции и поведения лития в батареях. Одним из эффективных неразрушающих методов таких исследований является нейтронная радиография, поскольку полное микроскопическое сечение взаимодействия ⁶Li с нейтронами составляет около 940 барн [2]. Кроме того, современные установки нейтронной радиографии позволяют исследовать внутренние процессы в литий-ионных батареях в режиме реального времени.

В настоящей статье приведены результаты исследования распределения лития в двух коммерческих типах литий-ионных батареях в процессе их разрядки в режиме реального времени. Исследования проведены неразрушающим методом на установке нейтронной радиографии TITAN. В результате проведенных исследований были получены экспериментальные данные о миграции и распределении лития в батареях в разных состояниях. Показано, что при разрядке батареи происходит миграция ионов лития к катоду со скоростью 0,83∙10^-5 и 0,36∙10^-4 см/с.