充電機(jī)充電鋰離子蓄電池的電化學(xué)阻抗譜分析
2018-7-16 14:26:01??????點(diǎn)擊：
本文結(jié)合充放電時(shí)具體的物理化學(xué)過(guò)程，對(duì)EIS圖譜進(jìn)行了簡(jiǎn)單分析，并建立了簡(jiǎn)單的物理化學(xué)過(guò)程與EIS圖譜各部分的對(duì)應(yīng)關(guān)系，希望能夠?qū)δ斫釫IS圖譜有簡(jiǎn)單幫助。
充電機(jī)充電鋰離子蓄電池，即使用能可逆嵌入、脫出鋰離子的嵌入化合物作為正極、負(fù)極的二次充電機(jī)充電蓄電池：
充電時(shí)，正極中的鋰離子從正極活性材料中脫出，嵌入負(fù)極活性材料中;
放電時(shí)，鋰離子從負(fù)極活性材料中脫出，嵌入正極活性材料中。因此充電機(jī)充電鋰離子蓄電池的充放電容量、循環(huán)穩(wěn)定性、充放電倍率以及高低溫充放電性能等，均與鋰離子在電極活性材料中的脫出和嵌入、在電解液中的擴(kuò)散以及鋰離子穿過(guò)正負(fù)極活性材料顆粒表面固體電解質(zhì)相界面(solid electrolyte interface，SEI)膜等過(guò)程密切相關(guān)。
研究上述過(guò)程的相關(guān)動(dòng)力學(xué)參數(shù)，對(duì)于深入體統(tǒng)認(rèn)識(shí)相應(yīng)充電機(jī)充電鋰離子蓄電池的綜合電化學(xué)性能具有重要的意義。
作為研究電化學(xué)界面過(guò)程的重要方法，電化學(xué)阻抗譜(electrochemical impedancespectroscopy，EIS)被廣泛應(yīng)用于研究鋰離子在碳材料和過(guò)渡金屬氧化的嵌入和脫出過(guò)程中。
所謂EIS，是通過(guò)對(duì)電化學(xué)體系施加一定振幅不同頻率的正弦波交流信號(hào)，獲得頻域范圍內(nèi)相應(yīng)電信號(hào)反饋的交流測(cè)試方法。以下將結(jié)合充放電時(shí)具體的物理化學(xué)過(guò)程，對(duì)典型的Li+充電機(jī)充電蓄電池EIS圖譜進(jìn)行進(jìn)行分析。
在充電機(jī)充電鋰離子蓄電池充電過(guò)程中，鋰離子在嵌合物電極中的脫出和嵌入過(guò)程包括以下五個(gè)步驟，如圖2所示(Barsoukov等人提出改過(guò)程):
步驟①：電子傳輸至活性材料表面及在活性材料顆粒間的傳輸、鋰離子在電解液中的傳輸;
步驟②：鋰離子通過(guò)活性材料顆粒表面SEI 膜的擴(kuò)散遷移;
步驟③：電子與鋰離子在導(dǎo)電結(jié)合處的電荷傳輸過(guò)程(或反應(yīng)結(jié)合過(guò)程);
步驟④：鋰離子在活性材料顆粒內(nèi)部固體顆粒中的擴(kuò)散過(guò)程;
步驟⑤：鋰離子在活性材料中累積、消耗以及由此導(dǎo)致活性材料顆粒晶體結(jié)構(gòu)的改變或新相的生成(由于測(cè)試頻率限制，常見(jiàn)EIS圖譜中該部分未測(cè)試)。
使用電化學(xué)工作站，在10KHz~50μHz之間進(jìn)行交流阻抗掃描，得到如圖三所示EIS圖譜，對(duì)該圖譜進(jìn)行具體拆解分析，如表1所示。
充電機(jī)充電鋰離子蓄電池，即使用能可逆嵌入、脫出鋰離子的嵌入化合物作為正極、負(fù)極的二次充電機(jī)充電蓄電池：
充電時(shí)，正極中的鋰離子從正極活性材料中脫出，嵌入負(fù)極活性材料中;
放電時(shí)，鋰離子從負(fù)極活性材料中脫出，嵌入正極活性材料中。因此充電機(jī)充電鋰離子蓄電池的充放電容量、循環(huán)穩(wěn)定性、充放電倍率以及高低溫充放電性能等，均與鋰離子在電極活性材料中的脫出和嵌入、在電解液中的擴(kuò)散以及鋰離子穿過(guò)正負(fù)極活性材料顆粒表面固體電解質(zhì)相界面(solid electrolyte interface，SEI)膜等過(guò)程密切相關(guān)。
研究上述過(guò)程的相關(guān)動(dòng)力學(xué)參數(shù)，對(duì)于深入體統(tǒng)認(rèn)識(shí)相應(yīng)充電機(jī)充電鋰離子蓄電池的綜合電化學(xué)性能具有重要的意義。
作為研究電化學(xué)界面過(guò)程的重要方法，電化學(xué)阻抗譜(electrochemical impedancespectroscopy，EIS)被廣泛應(yīng)用于研究鋰離子在碳材料和過(guò)渡金屬氧化的嵌入和脫出過(guò)程中。
所謂EIS，是通過(guò)對(duì)電化學(xué)體系施加一定振幅不同頻率的正弦波交流信號(hào)，獲得頻域范圍內(nèi)相應(yīng)電信號(hào)反饋的交流測(cè)試方法。以下將結(jié)合充放電時(shí)具體的物理化學(xué)過(guò)程，對(duì)典型的Li+充電機(jī)充電蓄電池EIS圖譜進(jìn)行進(jìn)行分析。
在充電機(jī)充電鋰離子蓄電池充電過(guò)程中，鋰離子在嵌合物電極中的脫出和嵌入過(guò)程包括以下五個(gè)步驟，如圖2所示(Barsoukov等人提出改過(guò)程):
步驟①：電子傳輸至活性材料表面及在活性材料顆粒間的傳輸、鋰離子在電解液中的傳輸;
步驟②：鋰離子通過(guò)活性材料顆粒表面SEI 膜的擴(kuò)散遷移;
步驟③：電子與鋰離子在導(dǎo)電結(jié)合處的電荷傳輸過(guò)程(或反應(yīng)結(jié)合過(guò)程);
步驟④：鋰離子在活性材料顆粒內(nèi)部固體顆粒中的擴(kuò)散過(guò)程;
步驟⑤：鋰離子在活性材料中累積、消耗以及由此導(dǎo)致活性材料顆粒晶體結(jié)構(gòu)的改變或新相的生成(由于測(cè)試頻率限制，常見(jiàn)EIS圖譜中該部分未測(cè)試)。
使用電化學(xué)工作站，在10KHz~50μHz之間進(jìn)行交流阻抗掃描，得到如圖三所示EIS圖譜，對(duì)該圖譜進(jìn)行具體拆解分析，如表1所示。
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