在锂离子电池电极的电化学过程中,Li+的嵌入和脱出包括以下几个内容[4],如图1所示;(1)电子在电极材料颗粒间的传递、Li+在活性物质颗粒的间隙间电解液中的运输;(2)Li+通过活性材料颗粒SEI层的迁移扩散;(3)电子/离子在导电结合处的电荷传输过程;(4)Li+在活性材料内部的固相扩散;(5)Li+在电极中累积和消耗以及电极活性材料颗粒晶体结构的改变或者新相的生成。图1嵌入化合物电极中嵌锂机制模型示意图3.2测量表观化学扩散系数电极中的扩散体系呈现控制步骤且可逆特征时,在理想条件下,阻抗低频部分存在扩散响应曲线。此时,可以利用扩散响应曲线测量电池或者电极体系的表观化学扩散系数。典型的采用电化学交流阻抗法测量化学扩散系数的公式如下[5]:式中,ω为角频率,B为Warburg系数,DLi为Li在电极中的扩散系数,Vm为活性物质的摩尔体积,F为法拉第常数(F=96487C/mol),A为浸入溶液中参与电化学反应的真实电极面积,dE/dx为相应电极库仑滴定曲线的斜率,即开路电位对电极中Li浓度曲线上某浓度处的斜率[6]。基本测量过程如下:①通过阻抗谱拟合获得低频扩散部分的B值;②测量库仑滴定曲线;③将相关参数带入方程式(3)即可求出Li的扩散系数。EIS分析仪揭示电池内部反应机制,优化电池性能,是电化学研究的重要工具。黑龙江eis交流阻抗分析仪产品介绍
锂电池EIS阻抗谱快速检测的优点主要包括以下几点:无损检测:EIS阻抗谱是一种无损的检测方法,不会对电池造成任何损伤或破坏。通过测量电池的阻抗谱,可以了解电池内部的电化学性质和结构,从而评估电池的健康状态和性能。快速评估:EIS阻抗谱检测可以在较短时间内完成,不需要长时间的等待和测试。这使得EIS阻抗谱成为一种快速评估电池性能的实用方法。准确度高:EIS阻抗谱可以准确地测量电池内部的阻抗,从而评估电池内部的电化学性质和结构。这种方法具有很高的准确度,可以用于电池性能的精确评估。适用范围广:EIS阻抗谱不仅可以用于锂电池的检测,还可以用于其他类型的电池检测,如铅酸电池、镍镉电池等。这使得EIS阻抗谱成为一种通用的电池性能评估方法。可预测电池寿命:通过EIS阻抗谱的测量和分析,可以预测电池的寿命和性能衰减。这有助于提前发现电池性能下降的趋势,为电池的维护和更换提供依据。有助于优化电池设计:EIS阻抗谱的测量和分析可以帮助研究人员和工程师更好地了解电池内部的电化学性质和结构,从而优化电池的设计和制造工艺。
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EIS测量的前提条件:1)因果性条件:输出的响应信号只是由输入的扰动信号引起的;2)线性条件:输出的响应信号与输入的扰动信号存在线性关系;3)稳定性条件:扰动不会引起系统内部结构发生变化,当扰动停止后,系统能够恢复到原先状态。对于电化学阻抗谱测试而言,由于采用的小幅度的正弦电势信号对系统进行微扰,电极上交替出现阳极和阴极过程,二者作用相反,因此,即使扰动信号长时间作用于电极,也不会导致极化现象的积累性发展和电极表面状态的积累性变化,因此EIS属于一种“准稳态方法”。另一方面由于电势和电流间存在线性关系,测量过程中电极处于准稳态,使得测试数据的数字化处理十分简易,并且频率域的测量方法赋予了EIS很宽的测定频率范围。凭借宽频率范围和多频点测量能力,EIS交流阻抗分析仪满足不同电化学系统的测试需求。
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