锂离子动力电池经常遇到动力需求不同的工况,进而需要的充放电电流变化很大,这也影响着电池内部的电荷传递过程以及电化学反应进程。为了探究不同充放电倍率下电池阻抗情况,谢媛媛等以锂离子电池为研究对象,测试了0.1C、0.2C和0.5C充放电倍率下的阻抗谱。研究人员认为小电流充放电,电池阻抗在一定的循环次数下变化不大,且小电流具有降低电池低频阻抗的作用。而大电流充放电,中频部分半圆增大,电荷传递阻抗增大。同时还发现,尽管低充放电率可以明显降低在中高频范围内循环对电池阻抗的影响,但其对阻抗谱的低频成分影响仍然明显。电化学阻抗谱是研究电极/电解液界面电化学反应的有力工具之一,广泛应用于正负极材料的阻抗以及锂离子在正负极材料中的嵌入和脱出等研究。MasayukiItagaki等着重研究了电池正负极材料在0.5C、1.0C和1.5C充放电倍率下的电荷传递阻抗和欧姆阻抗。研究表明,1.5C倍率下,正负电极的电荷转移阻抗的变化呈现出一定的滞后现象,影响因素是电流方向。关于欧姆阻抗,无论是正极材料还是负极材料,倍率对其大小和变化趋势的影响都不明显。可以这样认为,在锂离子电池的电极中,脱锂过程的电荷传递阻抗要大于嵌锂过程的电荷传递阻抗。EIS交流阻抗分析仪是研究电化学反应过程的重要工具,尤其在锂离子电池领域具有广泛的应用前景。宁夏eis交流阻抗分析仪达标
电化学阻抗谱方法是一种以小振幅的正弦波电位(或电流)为扰动信号的电化学测量方法。由于以小振幅的电信号对体系扰动,一方面可避免对体系产生大的影响,另一方面也使扰动与体系的响应之间近似呈线性关系,这就使得测量结果的数学处理变得简单。同时,电化学阻抗谱方法又是一种频率域的测量方法,它以可测量得到的频率范围很宽的阻抗谱来研究电极系统,因而能比其他常规的电化学方法得到更多的有关动力学信息及电极界面结构的信息。山东eis交流阻抗分析仪报价表EIS交流阻抗分析仪是研究电化学系统结构和行为的重要工具。
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。
通过电化学阻抗谱测试,可以获得锂离子电池 电极过程动力学参数,如 SEI 的生长规律,包括不同 SOC、温度及循环周次、SEI 阻抗的变化;同时 可以测试 Rct 的变化及传质过程;除此之外,还可 以测试电极、电解质、隔膜等材料的电导率、离子 迁移数、表观化学扩散系数等。合理的使用 EIS 可以帮助研究人员更好的理解电池,提升电池研发的水平。以下结合具体的案例介绍 EIS 在锂离子电池中的应用。测试及分析对象包括单颗粒、半电池、全电池、 电极材料、电解质材料、隔膜材料、着重讨论电池 中 SEI 的生长规律, Rct阻抗的变化特性、不同温度、 循环周次、阻抗的变化和 SOC 之间的关系等。在电化学研究中,EIS交流阻抗分析仪已成为不可或缺的工具,为科研人员提供了强大的技术支持。
电化学阻抗谱(EIS)虽然是一种非常强大和有用的电化学测试方法,但也存在一些缺点。以下是可能存在的缺点:高成本:EIS需要使用特殊的仪器设备,包括电化学工作站和频率响应分析仪,这些设备相对较昂贵。因此,进行EIS测试可能需要较高的资金投入。时间消耗:EIS需要对涂层进行频率扫描测试,这种测试需要一定的时间,尤其是在较宽频率范围内进行测试时。因此,进行EIS测试可能需要较长的时间来获取完整的阻抗谱。对测试系统的稳定性要求较高:EIS对测试系统的稳定性要求较高,尤其是对电极和涂层之间的接触需要保持稳定。一旦电极和涂层的接触不稳定,可能会导致测试结果的不准确性。对操作要求较高:EIS测试需要具备一定的专业知识和经验,对操作人员的技能水平有一定的要求。操作不当可能导致测试结果的误差。局限性:虽然EIS在许多领域都有应用,但它并不能适用于所有情况。有些电极系统的阻抗谱可能比较复杂,难以解析。此外,对于一些快速反应或高温等极端条件下的测试,EIS可能无法适用。尽管存在这些缺点,但随着技术的不断发展和改进,EIS的应用范围和准确性将得到进一步提高。在电池和燃料电池研究中,EIS交流阻抗分析仪是评估能源储存和转化效率和性能的重要工具。湖北eis交流阻抗分析仪报价表
EIS交流阻抗分析仪在电化学研究中具有不可或缺的地位,能够提供有关电极过程的重要信息。宁夏eis交流阻抗分析仪达标
电化学阻抗谱(EIS)和电化学阻抗图(EIS奈奎斯特图)是两种不同的表示方式,但它们都是用来描述电化学阻抗特性的。电化学阻抗谱是一种通过测量阻抗随正弦波频率的变化来分析电极过程动力学、双电层和扩散等的方法。它可以将电化学系统视为一个等效电路,由电阻、电容和电感等基本元件组成,通过EIS可以测定等效电路的构成以及各元件的大小,进一步分析电化学系统的结构和电极过程的性质等。而电化学阻抗图则是将测量的阻抗数据以实部和虚部的方式表示在复平面上,形成一个奈奎斯特图。这个图可以用来描述电极系统的动力学行为和反应机制,可以直观地观察到系统的频率响应特性。总的来说,电化学阻抗谱是一种更广的概念,包括了实部和虚部的阻抗分析,而电化学阻抗图则是一种更具体的表示方式,更侧重于复平面上阻抗特性的可视化。宁夏eis交流阻抗分析仪达标