来源：第一电网特约作者：平兰俯瞰新能源领军人物
锂离子电池主要由正极、负极、隔膜、电解液和结构件组成。在锂离子电池外部，来自负极的电子通过导线和负载传导到正极，而在电池内部，正极和负极通过电解质连接。放电时，Li+通过电解质从负极扩散到正极，并嵌入正极的晶体结构中。因此，在锂离子电池中，电解质是非常重要的组成部分，对锂离子电池的性能有着重要的影响。
理想情况下，阳极和阴极之间应该有足够的电解质，在充电和放电过程中应该有足够多的Li+浓度，以减少电解质浓度极化导致的性能下降。然而，在实际的充放电过程中，由于Li+的扩散速度等因素，在正负电极处会产生Li+浓度梯度，并且Li+浓度会随着充放电而波动。由于结构设计和生产工艺的原因，电解液在电池中的分布会不均匀，尤其是在充电过程中。随着电极的膨胀，电池中会形成一些“干燥区域”。“干区”的存在会导致可参与充放电反应的活性物质减少，导致电池局部SoC不均匀，从而导致电池局部老化加速。M.J.Mu?hlbauer在研究锂离子电池老化对Li分布的影响时发现，由于正负极板在充放电过程中有一定的体积膨胀，电池也有一定的容积膨胀和收缩，电池会像呼吸一样反复“吸入”和“吐出”电解质，因此，电解液在电池中的渗透在不同时间实时变化（如下图所示）
受技术手段的限制，过去我们对锂离子电池中电解质在充放电过程中的行为缺乏直观的理解，这更像是在研究一个黑匣子。我们提出了各种理论，并对启动行为进行了推测。为了更生动直观地研究锂离子电池中电解质的行为特征，日本京都大学的Toshiro Yamanaka等人使用拉曼光谱对叠层方形锂离子电池进行了研究。本研究的最大特点是实现了对充放电过程中电解液分布和电解液中离子浓度变化的实时观测。
在实验中，山中敏郎以方形叠层电池为研究对象，EC和DEC溶剂为电解质，LiClO4为电解质盐。为了实时观察电池中电解质的行为，山中敏郎在叠层锂离子电池中引入了八根光纤作为拉曼光谱检测器，研究电解质在电池中的渗透和离子浓度的变化。电池中八根光纤的排列如下图C所示。
下图显示了7号光纤探测器（电池边缘）在充电和放电过程中检测到的不同离子浓度的变化趋势。从结果可以看出，EC Li+和ClO4-的浓度在充电过程中呈上升趋势，但在放电过程中呈下降趋势。研究表明，在充电过程中，Li+从正极逸出并进入电解液，导致电解液中Li+浓度增加。
下图显示了八根光纤在充电和放电过程中检测到的EC Li+/EC的浓度变化。从下图中可以看出，电池不同部位的EC Li+/EC强度变化趋势也不同。例如，在7号光纤（电池边缘）处，EC Li+/EC的强度随着电池充电而增加，随着放电而降低，而……的检测结果……
o.2光纤（电池的中间）不同。5号和6号光纤（单元左侧）的EC Li+/EC强度变化相对较小，而1号光纤（细胞中心）的EC Li+/EC强度在前三次变化强烈，然后变化开始减弱。8号光纤的探测器（电池外）在电池外，因此Li+的浓度不会随着充电和放电而变化。研究表明，锂离子电池在充放电过程中，不同位置的Li+浓度变化也不同。山中敏郎认为，这主要是由于电池的结构不均匀造成的，例如电极之间的距离不均匀和隔膜的孔隙率不均匀。由于Li+嵌入阳极和阴极材料导致电极体积的膨胀和收缩，电极施加在隔膜上的压力也不均匀，这导致隔膜中的孔隙率发生变化，隔膜的离子迁移阻抗也发生变化，导致每个部分的EC Li+/EC浓度存在差异。
然而，经过30次循环后，Li+浓度从1号光纤探测器到7号光纤探测器的变化趋势变得一致，并且在充电过程中浓度增加，在放电过程中浓度降低。山中敏郎认为，这主要是因为负极SEI膜的结构和组成在30次循环后逐渐稳定，使得电池各部分的离子阻抗趋于一致。然而，每种光纤探测器的变化趋势是不同的。例如，在充放电过程中，3号和4号光纤探测器位置的离子浓度变化相对较小，而2号光纤探测器的离子浓度的变化逐渐较小，而5号探测器的离子密度的变化逐渐增加。这表明此时锂离子电池中仍然存在很大的不均匀性。例如，4号位置的离子浓度变化相对较小，这表明在充电和放电过程中，这里的反应速率较慢，导致局部SoC不均匀，这对电池的性能有负面影响。
在研究Li+浓度变化的过程中，山中敏郎还发现，电解液的分布也随着充电和放电而变化。下图显示了在充电和放电过程中不同位置的溶剂EC的强度的变化趋势。EC的强度变化主要反映了其中电解质的含量。随着电池体积的变化，电解液在电池中的分布也在不断变化。例如，在位置1和2处，EC的浓度迅速下降并缓慢恢复两次，而在检测器6的位置处，EC浓度迅速下降且迅速增加。这些变化都反映了在充电和放电过程中，由于电极的体积膨胀，电解液在电池中的干燥和再渗透过程。
山中敏郎的工作为研究锂离子电池充放电过程中电解质的行为特征提供了新的思路。还揭示了在垂直于极片的方向上存在Li+浓度梯度，在平行于极片方向上离子阻抗不均匀，这使得Li+浓度在一定程度上不均匀。同时，由于充放电过程中电极体积变化的不一致性，电极的局部电解质也有干燥和再润湿的过程。
来源：第一电网特约作者：平澜俯瞰新能源领军人物
锂离子电池主要由正极、负极、隔膜、电解液和结构件组成。在锂离子电池外部，来自负极的电子通过导线和负载传导到正极，而在电池内部，正极和负极通过电解质连接。放电时，Li+通过电解质从负极扩散到正极……
嵌入正极的晶体结构中。因此，在锂离子电池中，电解质是非常重要的组成部分，对锂离子电池的性能有着重要的影响。
理想情况下，阳极和阴极之间应该有足够的电解质，在充电和放电过程中应该有足够多的Li+浓度，以减少电解质浓度极化导致的性能下降。然而，在实际的充放电过程中，由于Li+的扩散速度等因素，在正负电极处会产生Li+浓度梯度，并且Li+浓度会随着充放电而波动。由于结构设计和生产工艺的原因，电解液在电池中的分布会不均匀，尤其是在充电过程中。随着电极的膨胀，电池中会形成一些“干燥区域”。“干区”的存在会导致可参与充放电反应的活性物质减少，导致电池局部SoC不均匀，从而导致电池局部老化加速。M.J.Mu?hlbauer在研究锂离子电池老化对Li分布的影响时发现，由于正负极板在充放电过程中有一定的体积膨胀，电池也有一定的容积膨胀和收缩，电池会像呼吸一样反复“吸入”和“吐出”电解质，因此，电解液在电池中的渗透在不同时间实时变化（如下图所示）
受技术手段的限制，过去我们对锂离子电池中电解质在充放电过程中的行为缺乏直观的理解，这更像是在研究一个黑匣子。我们提出了各种理论，并对启动行为进行了推测。为了更生动直观地研究锂离子电池中电解质的行为特征，日本京都大学的Toshiro Yamanaka等人使用拉曼光谱对叠层方形锂离子电池进行了研究。本研究的最大特点是实现了对充放电过程中电解液分布和电解液中离子浓度变化的实时观测。
在实验中，山中敏郎以方形叠层电池为研究对象，EC和DEC溶剂为电解质，LiClO4为电解质盐。为了实时观察电池中电解质的行为，山中敏郎在叠层锂离子电池中引入了八根光纤作为拉曼光谱检测器，研究电解质在电池中的渗透和离子浓度的变化。电池中八根光纤的排列如下图C所示。
下图显示了7号光纤探测器（电池边缘）在充电和放电过程中检测到的不同离子浓度的变化趋势。从结果可以看出，EC Li+和ClO4-的浓度在充电过程中呈上升趋势，但在放电过程中呈下降趋势。研究表明，在充电过程中，Li+从正极逸出并进入电解液，导致电解液中Li+浓度增加。
下图显示了八根光纤在充电和放电过程中检测到的EC Li+/EC的浓度变化。从下图中可以看出，电池不同部位的EC Li+/EC强度变化趋势也不同。例如，在7号光纤（电池边缘）处，EC Li+/EC的强度随着电池充电而增加，随着放电而降低，而2号光纤（蓄电池中间）的检测结果不同。5号和6号光纤（单元左侧）的EC Li+/EC强度变化相对较小，而1号光纤（细胞中心）的EC Li+/EC强度在前三次变化强烈，然后变化开始减弱。8号光纤的探测器（电池外）在电池外，因此Li+的浓度不会随着充电和放电而变化。结果表明，不同浓度的Li+浓度变化也不同……
在充电和放电过程中租用锂离子电池中的位置。山中敏郎认为，这主要是由于电池的结构不均匀造成的，例如电极之间的距离不均匀和隔膜的孔隙率不均匀。由于Li+嵌入阳极和阴极材料导致电极体积的膨胀和收缩，电极施加在隔膜上的压力也不均匀，这导致隔膜中的孔隙率发生变化，隔膜的离子迁移阻抗也发生变化，导致每个部分的EC Li+/EC浓度存在差异。
然而，经过30次循环后，Li+浓度从1号光纤探测器到7号光纤探测器的变化趋势变得一致，并且在充电过程中浓度增加，在放电过程中浓度降低。山中敏郎认为，这主要是因为负极SEI膜的结构和组成在30次循环后逐渐稳定，使得电池各部分的离子阻抗趋于一致。然而，每种光纤探测器的变化趋势是不同的。例如，在充放电过程中，3号和4号光纤探测器位置的离子浓度变化相对较小，而2号光纤探测器的离子浓度的变化逐渐较小，而5号探测器的离子密度的变化逐渐增加。这表明此时锂离子电池中仍然存在很大的不均匀性。例如，4号位置的离子浓度变化相对较小，这表明在充电和放电过程中，这里的反应速率较慢，导致局部SoC不均匀，这对电池的性能有负面影响。
在研究Li+浓度变化的过程中，山中敏郎还发现，电解液的分布也随着充电和放电而变化。下图显示了在充电和放电过程中不同位置的溶剂EC的强度的变化趋势。EC的强度变化主要反映了其中电解质的含量。随着电池体积的变化，电解液在电池中的分布也在不断变化。例如，在位置1和2处，EC的浓度迅速下降并缓慢恢复两次，而在检测器6的位置处，EC浓度迅速下降且迅速增加。这些变化都反映了在充电和放电过程中，由于电极的体积膨胀，电解液在电池中的干燥和再渗透过程。
山中敏郎的工作为研究锂离子电池充放电过程中电解质的行为特征提供了新的思路。还揭示了在垂直于极片的方向上存在Li+浓度梯度，在平行于极片方向上离子阻抗不均匀，这使得Li+浓度在一定程度上不均匀。同时，由于充放电过程中电极体积变化的不一致性，电极的局部电解质也有干燥和再润湿的过程。
来源：汽车商业评论综合报道规则很重要，要始终保证自动驾驶汽车遵循的这种道德判断规则处于人类的道德范畴内。除了技术方面的问题，自动驾驶还面临无法避免的非技术方面的问题道德选择。
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