充放電、又はリチウムイオンの間に脱出アノード材料は、リチウムの濃度分布が直接材料、密接に電極材料の体積膨張又は収縮に関連する応力と歪みの充電状態に関連している。リチウムイオン電池の電極シートでリチウムの分布を知っていれば、多くの電極反応情報を得ることができ、充電と放電のプロセスを理解し、バッテリの故障メカニズムを説明することができます。
リチウムイオン電池のしくみ：
（1）充電：Liが電解質材料（例えば、黒鉛材料）を介してアノードに埋め込まれたカソード材料（例えば、LiCoO 2の材料）からデインターカレート、逆放電経路中の電子の等しい数がアノード材料を入力します。
（2）放電：のLi +の物質電解質を介してアノード（負極）吸蔵、埋め込まれた陰極材料（正極）から、アノード材料からの電子の流れの等しい数、負極集電体、及びコレクタを介して外部回路の正極しばらく正極材料に入ると、正極および負極はそれぞれ酸化および還元反応を受ける。
充電と放電のプロセスの違いは次のとおりです。充電すると、電子は外部回路上で自発的に動くことができず、仕事をするために電力を供給する必要があります。
リチウム濃度分布を予測するための電気化学シミュレーション
図に示すように、電気化学リチウムイオン電池疑似2D（P2D）理論モデルは、多孔質電極及び濃縮液定説に基づいている。1、電池内部の実際の化学反応を考慮する工程、固相拡散を含むプロセス、液体拡散及び移動および電荷移動プロセス、固液平衡電位のプロセス。バトラー・ボルマー式フィックの法則は、粒子中の内部リチウムイオンを記述する第2の拡散に記載の電気化学的反応を用いて、上部電極の各表面に埋め込まれているリチウム手順を抽出し、使用さらに、反応プロセスの内部の正極と負極を得ることながら、拡散プロセス。、非常に短い計算時間で反応器の外形の電池の充放電特性を得るために、いくつかのPDE反応プロセス及び組成モデルの境界条件を記述する材料の固相濃度分布および固相電位分布ならびに電解液の液相濃度分布および固相電位分布は、精度、包括性および機構の利点を有する。
図1リチウムイオン電池の電気化学的擬似2次元（P2D）モデル
、構造の3次元幾何モデルを拡張したときに疑似2次元モデルは、分布があることができるリチウム濃度プロファイル2の充電SOCの異なる状態で示される、リチウムコバルト酸化物電極として、詳細にはリチウム電極材料に計算することができます。リチウム分布の局所的なばらつきを参照してください。
図2コバルト酸リチウム電極のリチウム濃度分布のシミュレーション結果
リチウム濃度分布の中性子回折on-line検出
電気化学的にリチウム濃度分布を予測する多くの問題を説明することができるが、これは理想的なリチウムイオン電池の電極プロセスを想定し、全ての測定の後に真実ではない。中性子回折や中性子線に異なる材料を使用することにより異なる遮蔽率、材料分析技術。無関係な中性子放射線透過力、及び原子散乱長さZ、及びそれはまた、軽い原子に敏感であり、したがって、中性子リチウムイオン電池材料のリチウム原子とニッケルマンガンコバルト我々はin situでリチウム解析の構成の前提の下でリチウムイオン電池のリチウムイオン電池の内部分布を壊すことなくすることができ、遷移金属原子に非常に敏感です。
図1に示す装置を用いOwejan、3、黒鉛負極とリチウム半電池、中性子ラジオグラフィ伝送路検出処理と黒鉛電極シート中のリチウムの分布に組み立てシート。中性子ビームは、包装材料はPTFEである浸透しますバッテリ磁極片部断面像撮影、リチウム極断面の分布の直接検出は、一方の側が磁極片は5mm幅、図4aに示す検出面15ミリメートルの長さをコーティングした。彼らは、その後、理論的な解析により、サブスペクトルの強度はリチウム濃度に直接関係しており、これはポールピースの断面上のリチウム濃度の分布を直接定量的に測定することができる。
図3は、高分解能中性子オンライン検出のためのリチウムバッテリ構築装置である。
図4は、第1の放電工程における黒鉛電極シート、リチウムインターカレーション電極シートの分布である。図4aは、検出された磁極片と試料表面の模式図、図4bは、異なる放電時間、図に対応するパターン中のリチウム濃度分布です。図4cは電池。リチウム濃度と電極の電位分布と良好な対応電極までの時間発展に対応する電位である。同様に、図5は、リチウムから最初の電荷分布中のグラファイト電極シートリチウム濃度でありますそして、対応する瞬間の可能性。
（a）写真、（b）放電時間の異なるリチウムの分布、（c）電池の電圧の進展（倍率C / 9）図4黒鉛の最初のリチウム放電中の電極断面リチウム濃度分布
図5：黒鉛の最初の脱リチウム除去中のリチウム濃度分布、（a）異なる充電時間におけるリチウム濃度分布、および（b）電池電圧の進展（倍率C / 9）
図4および図5の中性子ビームパターン5は、リチウムイオン濃度を定量的に分析することができる。放電/充電処理において、小さな比（C / 9）、それでも近い集電体およびセパレータ両側の磁極片の近傍に観察することができるもののこの差異のリチウム分布のばらつき、定量的分析を図6に示すが、ダイヤフラム側のリチウム濃度はコレクタ側よりも高く、リチウム挿入量が増加するとその差が大きくなる。
図6.放電中のポールピースのダイヤフラムおよびコレクタ側に埋め込まれたリチウム濃度の差
さらに、図7に示されているリチウムイオン濃度の磁極片内に残っているインサートリチウム後にオフ次いで当該リチウムの黒鉛電極は、リチウムのこの部分は、容量の損失を引き起こし、不可逆容量フォー黒鉛電極の放電/充電前このサイクルで黒鉛電極に残存するリチウムの量を図8に示す。不可逆的なリチウム損失は主に第1サイクルで起こり、その後のサイクルでは残留リチウム量はほとんど変化しない。
図7放電容量と残留リチウム容量の最初の4サイクル
実験技術の発展に伴い、研究者は、中性子ビームラインの検出に加えて、ライン検出技術、リチウムイオン電池の研究のメカニズムを開発し続け、そしてラマン線、X線、及び他のオンラインテスト技術を検出します。
