鋰離子電池正極具有較高的電壓,不只能夠作為電極資料參加電化學反響,而且為電池供給鋰離子源;負極的電壓較低,在電池充電時起到儲存鋰離子的效果,放電時將鋰離子脫出,實現鋰離子可逆的脫/嵌進程。因此鋰離子電池正負極資料的充放電容量、循環(huán)安穩(wěn)性能和充放電倍率等重要特性均與鋰離子在嵌合物電極資猜中的脫出和嵌入進程密切相關,而這些進程能夠很好地從電化學阻抗譜的丈量和解析中體現出來。把電池中的電極進程等同于電阻與電容串、并聯組成的簡單電路,經過測驗設備電化學工作站輸入擾動信號,得到相應的輸出信號,根據丈量得到的電化學阻抗(EIS)譜圖,確認 EIS的等效電路或數學模型,與其他的電化學辦法相結合,即可估測電池中包括的動力學進程及其機理。運用小幅度正弦波對電極進行極化,不會引起嚴重的濃度極化及外表狀況改變,擾動與體系的呼應近似呈線性關系,速度不同的進程很容易在頻率域上分開。在很寬頻率范圍內丈量得到阻抗譜,從而判斷出含幾個子進程,從而討論動力學特征,因此 EIS能比其他慣例的電化學辦法得到更多的電極進程動力學信息和電極界面結構信息。
目前描繪電化學嵌入反響機制的模型主要有吸附模型 (adsorption model) 和外表層模型 (surface layer model)。一般采用外表層模型來描繪鋰離子在嵌合物電極中的脫出和嵌入進程。外表層模型開始由Thomas等提出,分為高頻、中頻、低頻區(qū)域,并逐步完善。Barsoukov基于鋰離子在單個活性資料顆粒中嵌入和脫出進程的剖析,給出了鋰離子在嵌合物電極中嵌入和脫出進程的微觀模型示意圖(見圖 3),認為鋰離子在嵌合物電極中的脫出和嵌入進程包括以下進程:1)電子經過活性資料顆粒間的輸運、鋰離子在活性資料顆??障堕g的電解液中的輸運;2)鋰離子經過活性資料顆粒外表絕緣層(SEI膜)的分散搬遷;3)電子/離子導電結合處的電荷傳輸進程;4)鋰離子在活性資料顆粒內部的固體分散進程;5)鋰離子在活性資猜中的累積和耗費以及由此導致活性資料顆粒晶體結構的改變或新相的生成。
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