电化学阻抗技术测试原理

锂离子电池正极具有较高的电压,不只能够作为电极资料参加电化学反响,而且为电池供给锂离子源;负极的电压较低,在电池充电时起到储存锂离子的效果,放电时将锂离子脱出,实现锂离子可逆的脱/嵌进程。因此锂离子电池正负极资料的充放电容量、循环安稳性能和充放电倍率等重要特性均与锂离子在嵌合物电极资猜中的脱出和嵌入进程密切相关,而这些进程能够很好地从电化学阻抗谱的丈量和解析中体现出来。把电池中的电极进程等同于电阻与电容串、并联组成的简单电路,经过测验设备电化学工作站输入扰动信号,得到相应的输出信号,根据丈量得到的电化学阻抗(EIS)谱图,确认 EIS的等效电路或数学模型,与其他的电化学办法相结合,即可估测电池中包括的动力学进程及其机理。运用小幅度正弦波对电极进行极化,不会引起严重的浓度极化及外表状况改变,扰动与体系的呼应近似呈线性关系,速度不同的进程很容易在频率域上分开。在很宽频率范围内丈量得到阻抗谱,从而判断出含几个子进程,从而讨论动力学特征,因此 EIS能比其他惯例的电化学办法得到更多的电极进程动力学信息和电极界面结构信息。


目前描绘电化学嵌入反响机制的模型主要有吸附模型 (adsorption model) 和外表层模型 (surface layer model)。一般采用外表层模型来描绘锂离子在嵌合物电极中的脱出和嵌入进程。外表层模型开始由Thomas等提出,分为高频、中频、低频区域,并逐步完善。Barsoukov基于锂离子在单个活性资料颗粒中嵌入和脱出进程的剖析,给出了锂离子在嵌合物电极中嵌入和脱出进程的微观模型示意图(见图 3),认为锂离子在嵌合物电极中的脱出和嵌入进程包括以下进程:1)电子经过活性资料颗粒间的输运、锂离子在活性资料颗粒空隙间的电解液中的输运;2)锂离子经过活性资料颗粒外表绝缘层(SEI膜)的分散搬迁;3)电子/离子导电结合处的电荷传输进程;4)锂离子在活性资料颗粒内部的固体分散进程;5)锂离子在活性资猜中的累积和耗费以及由此导致活性资料颗粒晶体结构的改变或新相的生成。


 


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