【知识共享】锂电池电化学阻抗谱详细分析
锂电池是一类电化学储能装置，电化学阻抗谱（EIS）在理解电池电荷存储机制方面的潜力仍有待充分开发。一般来说，电化学阻抗谱被认为是一种辅助技术，应促进电化学阻抗谱的应用，重点是改进实验设计和使用基于物理的模型进行高级数据分析。
电化学阻抗谱简介
电化学阻抗谱是研究电化学系统中发生的过程的强大技术。一般来说，此类过程涉及任何液体或固体材料（离子、半导体、混合电子-离子甚至绝缘体）的本体或界面区域中束缚或移动电荷的动力学。
电化学阻抗谱的主要优点是它可以根据不同的弛豫时间有效地将复杂的电化学过程分解为一系列基本过程。然而，在整个电化学阻抗谱测量过程中系统必须保持静态。
这两个功能都可以通过使用电位或电流的小幅度周期性扰动以不同频率激发电化学系统来实现。通过测量系统对此扰动的响应，可以计算出相应的传递函数，即系统的阻抗。理想情况下，电化学阻抗谱结合了构成整个电化学机制的每个基本过程的单独特征。
典型电化学储能电池的基本电化学阻抗谱测量，其中在两个电池电极之间探测整个系统，可以产生一个光谱，其中在阴极和阳极发生的反应被观察为单独的特征。对给定细胞进行更详细的电化学阻抗谱研究可能有助于识别其他基本过程。
锂离子电池的电化学阻抗谱
锂离子电池得到了深入、持续的研究。然而，具体机制的详细性质，例如充电/放电速率或延长电池循环对能量和电力存储性能的影响，仍不完全清楚。
这些方面至关重要，强烈影响锂离子电池的寿命和成本，必须加以实施，以提高锂离子电池设备的整体质量。在这方面，电化学阻抗谱可以被认为是一种有用的技术，它可以产生有助于解决未解决的锂离子电池问题的见解。
电化学阻抗谱在锂电池研究中并不常用。此外，这些文章中的绝大多数将电化学阻抗谱视为辅助技术，主要是为了确认传统电化学测量已经发现的趋势。某种程度上可以很好地理解电化学阻抗谱在电池领域的应用。
现代电化学阻抗谱设备可以快速采集数据，同时使用自动化算法（最常见的是等效电路分析）可以轻松地对其进行解释。本文将介绍锂离子电池系统电化学阻抗谱的先进测量方法的几个示例，以及用于深入解释测量数据的最先进的建模工具。
电池电化学阻抗谱的测量
锂电池的性能通常使用由两种不同的阴极和阳极组成的全电池来评估。最常见的是，相同的两电极全电池也用于电化学阻抗谱测量。
然而，全电池包含许多源自每个电极的基本过程，尽管电化学阻抗谱具有固有的分辨率，但从单个测量的光谱中正确解构这些过程非常困难。即使使用对称或三电极电池，电池中发生的基本过程的数量仍然很高，通常涉及：
德赢官网Vwin
●电子从集流体转移到电极复合体，●电子穿过复合电极厚度的传导/迁移，●离子穿过电极厚度的迁移，●离子和电子电化学嵌入活性存储颗粒，●双层充电固/液界面，●多孔电极复合材料中活性和非活性离子的耦合扩散，●活性存储颗粒内离子和电子的耦合扩散，●隔离膜中离子的迁移和扩散。
事实上，在理想情况下，电化学阻抗谱能够或多或少地单独检测所有这些过程，作为单个测量光谱的单独特征。准确地说：理想情况下，测量的特征数量仅比单个过程的数量少一个，这证明了电化学阻抗谱将复杂过程分解为基本步骤的能力。
在现实世界的测量中，许多这些单独的特征是重叠的，并且很难明确地解耦它们。这方面至关重要，必须仔细考虑，以便在电池研究领域充分利用电化学阻抗谱。在过去的十年中，科学家们提出了几种实验方法，可以有效地将锂离子电池电化学阻抗谱的合并部分解耦为单独的特征。
电池电化学阻抗谱数据分析
可以在几个复杂的级别上对测量的阻抗数据进行分析。
第一种称为等效电路分析，主要在电池领域占主导地位。该分析基于以下事实：就阻抗而言，最常见的过程（例如电荷通过相的迁移和电荷在相边界的累积）分别表现出与普通宏观电阻器和电容器相同的响应。同样，电荷的扩散也可以用特定的电子元件来表示。
与等效电路分析不同，基于物理的阻抗谱方法依赖于描述固相或液相及其界面中的质量和电荷传输以及电化学反应的一般物理定律的应用。第三种基于物理的方法在电化学阻抗谱领域具有悠久的传统，并且依赖于将控制方程直接转录为电路元件。
总结与展望
电化学阻抗谱是一种强大的电化学技术，可以将复杂的过程分解为其基本步骤。然而，在电池领域，这项技术的巨大潜力尚未得到充分发挥。
如果良好控制的阻抗研究与提供有关所研究系统的宏观结构、微观结构和组成信息的补充技术相结合，这种面向阻抗的实验设计可以为电池机制提供基本的新见解。
资料来源:
https://www.takomabattery.com/electrochemical-impedance-spectroscopy/
文章来源：智能电池科技
注：本站转载的文章大部分收集于互联网，文章版权归原作者及原出处所有。文中观点仅供分享交流，如涉及版权等问题，请您告知，我将及时处理。
