解析鋰電池電化學(xué)測(cè)量方法

時(shí)間：2020-12-03作者：深圳市訊科標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)服務(wù)有限公司瀏覽：163

鋰電池的電極反應(yīng)主要包括哪些




 

電池中電極過程一般包括溶液相中離子的傳輸，電極中離子的傳輸，電極中電子的傳導(dǎo)，電荷轉(zhuǎn)移，雙電層或空問電荷層充放電，溶劑、電解質(zhì)中陰陽離子，氣相反應(yīng)物或產(chǎn)物的吸附脫附，新相成核長大，與電化學(xué)反應(yīng)耦合的化學(xué)反應(yīng)，體積變化，吸放熱等過程。這些過程有些同時(shí)進(jìn)行，有些先后發(fā)生。

電極過程的驅(qū)動(dòng)力包括電化學(xué)勢(shì)、化學(xué)勢(shì)、濃度梯度、電場(chǎng)梯度、溫度梯度。

 







分清兩電極和三電極







 

電化學(xué)測(cè)量一般采用兩電極電池或三電極電池，較少使用四電極電池。

 

兩電極

 

兩電極由研究電極（W），亦稱之為工作電極和輔助電極（C），亦稱之為對(duì)電極組成。鋰電池的研究中多數(shù)為兩電極電池，兩電極電池測(cè)量的電壓是正極電勢(shì)與負(fù)極電勢(shì)之差，無法單獨(dú)獲得其中正極或負(fù)極的電勢(shì)及其電極過程動(dòng)力學(xué)信息。

 

三電極

 

三電極電池包括，W和C分別是工作電極和對(duì)電極，R是參比電極。W和C之間通過較化電流，實(shí)現(xiàn)電極的較化。W和R之間通過較小的電流，用于測(cè)量工作電極的電勢(shì)。

 

通過三電極電池，可以專門研究工作電極的電極過程動(dòng)力學(xué)。

 




參比電極的特征







 

1、參比電極應(yīng)為可逆電極：

2、不易被較化，以保證電極電勢(shì) 比較標(biāo)準(zhǔn)和恒定：

3、具有較好的恢復(fù)特性，不發(fā)生 嚴(yán)重的滯后現(xiàn)象；

4、具有較好的穩(wěn)定性和重現(xiàn)性；

5、暫態(tài)測(cè)量時(shí)，要求參比電極具有較低的電阻，以減少干擾，提高測(cè)量系統(tǒng)的穩(wěn)定性；

6、不同的溶液體系，采用相同的參比電極的，其測(cè)量結(jié)果可能存在差異，誤差主要來源于溶液體系間的相互污染和液接界電勢(shì)的差異。

 







常用的參比電極







 

水溶液體系參比電極：可逆氫電極、甘汞電極、汞一氧化汞電極、汞一硫酸亞汞電極等；

非水溶液體系參比電極：銀一氯化銀電極、Pt 電極以及金屬鋰、鈉等電極。

其他：也可以用銀絲、鉑絲做準(zhǔn)參比電極，或者采用電化學(xué)反應(yīng)電位穩(wěn)定的溶解于電解液的二茂鐵氧化還原電對(duì)。

關(guān)于準(zhǔn)參比電極細(xì)節(jié)可參考A．J．Bard編著的(Electrochemical Methods)。

 







電極過程







 

電極過程一般情況下包括下列基本過程或步驟：

1、電化學(xué)反應(yīng)過程：在電極／溶液界面上得到或 失去電子生成反應(yīng)產(chǎn)物的過程，即電荷轉(zhuǎn)移過程；

2、傳質(zhì)過程：反應(yīng)物向電極表面或內(nèi)部傳遞或反應(yīng)產(chǎn)物自電極內(nèi)部或表面向溶液中或向電極內(nèi)部的傳遞過程(擴(kuò)散和遷移)；

3、電極界面處靠近電解液一 側(cè)的雙電層以及靠近電極內(nèi)一側(cè)的空間電荷層的充放電過程；

4、溶液中離子的電遷移或電子導(dǎo)體、電 較內(nèi)電子的導(dǎo)電過程。

此外，伴隨電化學(xué)反應(yīng)，還有溶劑、陰陽離子、電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物的吸附/脫附過程，新相生長過程以及其它化學(xué)反應(yīng)等。

 







典型的電極過程及動(dòng)力學(xué)參數(shù)







 

離子在電解質(zhì)中的遷移電阻(R_sol)；離子在電極表面的吸附電阻和電容(R_ad，C_ad)；電化學(xué)雙電層電容(C_dl)；空間電荷層電容(C_sc)；離子在電極電解質(zhì)界面的傳輸電阻(R_{incorporation})；離子在表面膜中的輸運(yùn)電阻和電容(R_film，C_film)；電荷轉(zhuǎn)移(R_ct)；電解質(zhì)中離子的擴(kuò)散電阻 (Z_diffusion)；電極中離子的擴(kuò)散(Z_diffusion)——體相擴(kuò)散(R_b)和晶粒晶界中的擴(kuò)散(R_gb)；宿主晶格中外來原子／離子的存儲(chǔ)電容(C_chem)；相轉(zhuǎn) 變反應(yīng)電容(C_chem)；電子的輸運(yùn)(R_e)。

值得注意的是，不同電極過程的響應(yīng)時(shí)間不同，總的來說：電荷轉(zhuǎn)移＜表面反應(yīng)＜電子傳輸＜界面擴(kuò)散＜固相反應(yīng)＜體相擴(kuò)散，因此離子在電極、電解質(zhì)材料內(nèi)部的擴(kuò)散以及固相反應(yīng)一般是速率控制步驟。

 







較化及類型







 

在施加了外來電場(chǎng)后，電池或電極逐漸偏離平衡電勢(shì)的狀態(tài)，稱之為較化。較化電勢(shì)與平衡電勢(shì)的差值的大小被稱之為過電勢(shì)。

在不具有流動(dòng)相的電池中，存在著3種類型的較化：

1、化學(xué)較化—— 與電荷轉(zhuǎn)移過程有關(guān)的較化，較化的驅(qū)動(dòng)力是電場(chǎng)梯度。電化學(xué)較化的大小是由電化學(xué)反應(yīng)速率決定的，電化學(xué)較化電阻(R_ct)的大小與交換電流密度直接相關(guān)。

2、濃差較化——與參與電化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)物和產(chǎn)物的擴(kuò)散過程有關(guān)的較化，較化的驅(qū)動(dòng)力為濃度梯度。濃差較化與傳質(zhì)粒子的擴(kuò)散系數(shù)有關(guān)。

3、歐姆較化——與載流子在電池中各相輸運(yùn)有關(guān)的較化，驅(qū)動(dòng)力是電場(chǎng)梯度。歐姆較化的大小是由電池內(nèi)部涉及到電遷 移的各類電阻之和，即歐姆電阻決定的。

若還存在其它基本電極過程，如勻相或多相化 學(xué)反應(yīng)過程，則可能存在化學(xué)反應(yīng)較化。

 







電化學(xué)測(cè)量方法在鋰電池中的經(jīng)典應(yīng)用







 

鋰離子電池電極材料在電池充放電過程中一般經(jīng)歷以下幾個(gè)步驟：

1、劑化的鋰離子從電解液內(nèi) 遷移到電解液/固體電極的兩相界面；

2、溶劑化的鋰 離子吸附在電解液/固體電極的兩相界面；

3、去溶劑化；

4、電荷轉(zhuǎn)移，電子注入電極材料的導(dǎo)帶，吸附態(tài)的鋰離子從電解液相遷移至活性材料表面晶格；

5、鋰離子從活性材料表面晶格向內(nèi)部擴(kuò)散或遷移；

6、電子從集流體向活性材料的遷移。


深圳市訊科標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)服務(wù)有限公司專注于無損探傷檢測(cè),材料檢測(cè)中心,UV老化測(cè)試,硬度檢測(cè)等

• 詞條

  詞條說明

• 按鍵壽命測(cè)試方法和判定標(biāo)準(zhǔn)

  按鍵壽命測(cè)試檢驗(yàn)產(chǎn)品的使用壽命及長期按鍵對(duì)周圍器件的影響。按鍵壽命測(cè)試使用手機(jī)、MP3、電腦、電子詞典按鍵、搖控器按鍵、硅橡膠按鍵、硅膠制品等產(chǎn)品，測(cè)試能力主要范圍是適用于檢測(cè)按鍵開關(guān)、輕觸開關(guān)、薄膜開關(guān)等各類按鍵進(jìn)行壽命測(cè)試。1.測(cè)試目的：制定規(guī)范的操作指引，提供試驗(yàn)人員進(jìn)行按鍵壽命試驗(yàn)； 模擬用戶日常使用電話的情形，試驗(yàn)在不同部位的按鍵壽命情況。 2.范測(cè)試圍：適用于所有電話機(jī)成品(除客戶特殊

• 【防曬檢測(cè)】遮陽傘價(jià)格與防曬性能成正比嗎

  【防曬檢測(cè)】遮陽傘價(jià)格與防曬性能成正比嗎未加防護(hù)的肌膚與強(qiáng)烈的紫外線接觸，首先是曬紅、曬黑、曬傷，接下來衰老現(xiàn)象就會(huì)出現(xiàn)，顯現(xiàn)斑點(diǎn)或是肌膚變得松弛抑或出現(xiàn)細(xì)紋和皺紋。而這些還僅僅是我們表面看到的，其實(shí)紫外線可直達(dá)真皮層，破壞皮膚的膠原蛋白和彈性纖維組織，加快肌膚老化速度。長期曝曬是誘發(fā)皮膚癌的誘因。而紫外線對(duì)于黃皮膚的我們來說威脅較大的是斑點(diǎn)，黃種人很*長斑，經(jīng)過紫外線的曝曬，很快斑點(diǎn)就顯現(xiàn)出來

• 滲透無損探傷檢測(cè)

  ? ? ? 滲透探傷是利用毛細(xì)現(xiàn)象檢查材料表面缺陷的一種無損檢驗(yàn)方法。滲透性探傷是工業(yè)發(fā)展過程中所衍生出來的一種應(yīng)用技術(shù)，該技術(shù)是除了進(jìn)行目視檢查之外，所應(yīng)用的一種無損檢測(cè)措施。滲透探傷是將一種含有染料的著色或熒光的滲透劑涂覆在零件表面上，在毛細(xì)作用下，由于液體的潤濕與毛細(xì)管作用使?jié)B透劑滲入表面開囗缺陷中去。然后去除掉零件表面上多余的滲透劑，再在零件表面涂上一層薄層顯

• 口罩通氣阻力技術(shù)要求，了解不嫌多

  GB/T32610-2016已經(jīng)正式發(fā)布，并于2016年11月1日起實(shí)施。這是我國一個(gè)針對(duì)PM2.5民用防護(hù)口罩?檢測(cè)的國家標(biāo)準(zhǔn)。GB2626也是針對(duì)于防塵口罩的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，但也包括醫(yī)療，防塵，煙，微生物的口罩。GB/T32610-2016的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容有許多項(xiàng)目與GB2626的內(nèi)容相似，但是對(duì)于PM2.5防護(hù)檢測(cè)要求較，要求也有所提高。關(guān)于PM2.5口罩的產(chǎn)品全部都會(huì)要求按照GB/T32610-2