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松下借助AI加速固態(tài)電池研發(fā)

geQw_gh_a6b9141 ? 來(lái)源:未知 ? 作者:胡薇 ? 2018-06-17 17:16 ? 次閱讀

松下通過(guò)可視化地研究影響充放電性能以及容量密度的電極材料(活性材料的LiCoO2,以及石墨等)的做功狀態(tài),可以改善電池性能。

日本媒體報(bào)道稱(chēng),松下最新開(kāi)發(fā)出一種AI高科技材料分析手法,不僅僅適用于電池,而且預(yù)計(jì)可以利用于太陽(yáng)能電池等的材料開(kāi)發(fā)。

本次所開(kāi)發(fā)的方法是一種可以高速且高分辨率條件下,可視化鋰離子電池內(nèi)部材料在電池工作過(guò)程中的行動(dòng)狀態(tài),這一狀態(tài)的可視化,將會(huì)極大地影響Li離子電池的容量密度,充放電速度以及壽命等多種性能的改善(圖1)。

例如,可以通過(guò)空間、時(shí)間維度在高度分解狀態(tài)下顯示電極中參與充放電的部分與不相關(guān)的部分。研究人員使用這種方法,可以立即識(shí)別應(yīng)用新材料后的效果,由AI(人工智能)進(jìn)行材料開(kāi)發(fā)時(shí),可以反饋更多精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)給到數(shù)據(jù)庫(kù)。松下預(yù)計(jì)通過(guò)這樣的AI開(kāi)發(fā)材料手法,“材料情報(bào)”的競(jìng)爭(zhēng)力將會(huì)得到很大的提升。

圖1影響電池性能的材料

通過(guò)可視化地研究影響充放電性能以及容量密度的電極材料(活性材料的LiCoO2,以及石墨等)的做功狀態(tài),可以改善電池性能。(圖/照片由松下提供)

通過(guò)電子顯微鏡進(jìn)行解析

所開(kāi)發(fā)的方法使用了電子顯微鏡。通過(guò)釋放電子,掃描并照射到被檢測(cè)的對(duì)象物質(zhì)上,通過(guò)EELS(電子能量損耗能譜法)定量分析,將與原子產(chǎn)生碰撞導(dǎo)致減少的電子能量分布進(jìn)行2維成像(圖2)。傳統(tǒng)做法中,為了獲得Li離子分布圖像,一般需要使用大型的輻射裝置(例如“SPring-8”)照射X射線(xiàn)。而且,通過(guò)X射線(xiàn)成像將分辨率提高到原子水平是非常困難的。因此,為了確認(rèn)新材料在鋰離子電池開(kāi)發(fā)中的影響,通常依靠制作樣品并測(cè)量電池容量和厚度變化等的間接觀察手法進(jìn)行。

圖2 EELS的外觀與原理

使用AI快速成像

松下通過(guò)將EELS和AI機(jī)器學(xué)習(xí)相結(jié)合,實(shí)現(xiàn)可在短時(shí)間內(nèi)拍攝。目前松下沒(méi)有明確公布其實(shí)現(xiàn)方法的細(xì)節(jié),但可以了解到的是這種手法通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí),在幾十秒的短時(shí)間內(nèi)獲得需要幾十分鐘的長(zhǎng)時(shí)間觀察才能得到的觀察數(shù)據(jù)。而且其他測(cè)量條件也可以被包含在學(xué)習(xí)對(duì)象中。似乎是通過(guò)一系列獨(dú)創(chuàng)性算法,從短時(shí)間內(nèi)的不完全數(shù)據(jù)中,排除噪聲并提取了有用信號(hào)

電極和電解質(zhì)中Li離子濃度的空間分辨率為nm級(jí),與使用X射線(xiàn)的常規(guī)方法(圖3)相比,新手法的水平提高了約100倍(圖3)。成像時(shí)間為每張20秒。

圖3電池工作狀態(tài)下,電極中包含的Li離子濃度的可視化

預(yù)先應(yīng)用于固態(tài)電池研發(fā)中

目前,松下已經(jīng)將這種方法預(yù)先應(yīng)用于全固態(tài)電池的研發(fā)中,在特定的課題上進(jìn)行確認(rèn)。全固態(tài)電池是松下與豐田汽車(chē)合作研究開(kāi)發(fā)中最重要的下一代技術(shù)。與電解質(zhì)接觸的電極表面附近的變化是量產(chǎn)應(yīng)用中的主要課題。松下通過(guò)鋰離子濃度分布分析正極的變化(圖4)。

圖4:存在于正極的電解質(zhì)界面處的低濃度Li離子層導(dǎo)致了電池性能的劣化

此時(shí),松下這次還利用另一種分析方法,關(guān)注正極和電解質(zhì)界面附近的物質(zhì)形成過(guò)程以及離子導(dǎo)電性,確認(rèn)將推動(dòng)上述課題的解決。而且有可能將闡明與使用液態(tài)電解質(zhì)的鋰離子電池不同的固態(tài)鋰離子電池的Li離子傳導(dǎo)特性。目前鋰離子電池常見(jiàn)的正極材料使用LiCo2O3,電解質(zhì)采用常用于小容量電池的氧化物陶瓷材料LASGTP。由于副反應(yīng)在界面處形成Co3O4物質(zhì)。

聲明:本文內(nèi)容及配圖由入駐作者撰寫(xiě)或者入駐合作網(wǎng)站授權(quán)轉(zhuǎn)載。文章觀點(diǎn)僅代表作者本人,不代表電子發(fā)燒友網(wǎng)立場(chǎng)。文章及其配圖僅供工程師學(xué)習(xí)之用,如有內(nèi)容侵權(quán)或者其他違規(guī)問(wèn)題,請(qǐng)聯(lián)系本站處理。 舉報(bào)投訴
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原文標(biāo)題:【海目星?高工前哨】借道 AI松下加速固態(tài)電池研發(fā)

文章出處:【微信號(hào):gh_a6b91417f850,微信公眾號(hào):高工鋰電技術(shù)與應(yīng)用】歡迎添加關(guān)注!文章轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處。

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