鋰離子電池主要由正極、負極、隔膜和電解液，以及結構件等部分組成，在鋰離子電池的外部，通過導線和負載等，將負極的電子傳導到正極，而在電池內(nèi)部，正負極之間則通過電解液進行連接，在放電的時候，Li+通過電解液從負極擴散到正極，嵌入到正極的晶體結構之中。所以在鋰離子電池中，電解液是非常重要的一環(huán)，對鋰離子電池的性能有著重要的影響。理想的情況下，正負極之間應該有充足的電解液，在充放電的過程中都應該具有足夠的Li+濃度，從而減小由于電解液的濃差極化造成的性能衰降。但是在實際充放電過程中，受制于Li+擴散速度等因素，在正負極會產(chǎn)生Li+濃度梯度，Li+濃度隨著充放電而波動。由于結構設計和生產(chǎn)工藝等原因，還會導致電解液在電芯內(nèi)部的分布不均勻，特別是在充電的過程中，隨著電極的膨脹，會在電芯的內(nèi)部形成部分“干區(qū)”，“干區(qū)”的存在導致了能夠參與到充放電反應中的活性物質(zhì)減少，引起電池內(nèi)局部SoC不均勻，從而導致電池內(nèi)局部老化速度加快。M.J. Mu hlbauer在研究鋰離子電池老化對Li分布的影響中曾發(fā)現(xiàn)，由于在充放電過程中，正負極極片都存在一定體積膨脹，導致電芯也存在一定程度的體積膨脹和收縮，電芯會如同“呼吸”一般，反復的“吸入”和“吐出”電解液，所以不同時刻，電解液在電芯內(nèi)的浸潤情況也在實時變化

 

 

受限于技術手段，以往我們對于在充放電過程中電解液在鋰離子電池內(nèi)部的行為缺少直觀的認識，更像是研究一個黑箱，我們提出各種理論，對起行為進行推測。為了更加形象和直觀的研究電解液在鋰離子電池內(nèi)的行為特點，日本京都大學的Toshiro Yamanaka等[2]利用拉曼光譜工具對疊片方形鋰離子電池進行了研究，該研究最大的特點是實現(xiàn)了對充放電過程中電解液的分布和電解液內(nèi)離子濃度變化情況的實時觀測。

 

實驗中Toshiro Yamanaka采用了方形疊片電池作為研究對象，電解液則采用了EC和DEC溶劑，LiClO4作為電解質(zhì)鹽，為了能夠?qū)﹄娦緝?nèi)部電解液的行為進行實時觀測，Toshiro Yamanaka在疊片鋰離子電池內(nèi)部引入了8根光纖作為拉曼光譜的探測器，研究電解液在電池內(nèi)的浸潤和離子濃度的變化情況，8根光纖在電池內(nèi)的排布如下圖c所示，

 

 

下圖展示了7號光纖探測器（電芯邊緣）在充放電過程中探測到的不同的離子濃度的變化趨勢，從結果上可以看到，在充電的過程中EC-Li+和ClO4-的濃度呈現(xiàn)上升趨勢，而在放電的過程中則呈現(xiàn)出下降的趨勢。說明隨著充電的過程，Li+從正極脫出，進入到電解液引起了電解液中Li+濃度的上升。