在當(dāng)今社會，智能手機(jī)和平板電腦等電子設(shè)備正成為人類日常活動的重要組成部分。這些電子產(chǎn)品不斷發(fā)展，使其結(jié)構(gòu)更緊湊、重量更輕，這也就對電池的功率輸出和壽命提出了越來越高的要求。為了應(yīng)對這些技術(shù)挑戰(zhàn)，鋰離子電池技術(shù)也在不斷進(jìn)步，在保持緊湊和輕便特性的同時(shí)，還能夠產(chǎn)生更高的能量輸出和更強(qiáng)的循環(huán)性能。
本文介紹了激光誘導(dǎo)擊穿光譜(LIBS)對鋰離子電池重要元件化學(xué)組成的關(guān)鍵元素進(jìn)行深度分析的能力。這些組件包括正極、負(fù)極和固態(tài)電解質(zhì)。典型的基于解決方案的元素分析技術(shù)，如電感耦合等離子體發(fā)射光譜（ICP-OES）和電感耦合等離子體發(fā)射質(zhì)譜（ICP-MS），不能揭示這些部件的結(jié)構(gòu)信息。另一種流行的元素分析技術(shù)X射線熒光光譜（XRF）無法為鋰離子電池電極的重要元素提供元素覆蓋，例如Li、B、C、O、F、N。其它表面和深度分析技術(shù)，需要復(fù)雜的真空儀器，如二次離子質(zhì)譜（SIMS）、輝光放電質(zhì)譜（GD-MS）、俄歇電子能譜（AES）和X射線光電子能譜（XPS），檢測速度慢或者價(jià)格昂貴。LIBS提供鋰離子電池組件在實(shí)驗(yàn)室或工廠的深度分析能力，具有很出色的分析速度。LIBS還具有從H - Pu到大含量范圍(ppm - wt. %)的基本覆蓋。

圖2鋰離子電池器件結(jié)構(gòu)的元素深度剖析(鋰金屬負(fù)極、LiPON固態(tài)電解質(zhì)、LiCoO₂正極和置于玻璃基板上鈦集電器)。

在圖2中，將不同組分的特征元素與原子發(fā)射線的檢測數(shù)據(jù)相結(jié)合，很容易看出何時(shí)開始剝蝕電池的各個層。例如，鋰金屬負(fù)極的激光剝蝕會伴隨著強(qiáng)的鋰元素發(fā)射信號。剝蝕進(jìn)入LiPON固態(tài)電解質(zhì)層時(shí)，檢測到P發(fā)射信號。同樣，Co和O發(fā)射線可以用來跟蹤LiCoO2正極層的剝蝕，并評估正極層內(nèi)的相對成分變化。