CN107677712A - 一种锂离子电池电化学阻抗谱的测试方法 - Google Patents

一种锂离子电池电化学阻抗谱的测试方法 Download PDF

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王利
厉运杰
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    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis

Abstract

本发明公开了一种锂离子电池电化学阻抗谱的测试方法，包括如下步骤：将正极片、负极片、第一参比电极、第二参比电极装入四电极体系电解池中；以正极片为工作电极、负极片为对电极、第一参比电极为参比电极，测量其电化学阻抗谱，得到电化学阻抗谱1；以正极片为工作电极，第二参比电极为对电极、第一参比电极为参比电极，测量其电化学阻抗谱，得到电化学阻抗谱2；以负极片为工作电极，第二参比电极为对电极、第一参比电极为参比电极，测量其电化学阻抗谱，得到电化学阻抗谱3；对比测得的电化学阻抗谱1、2、3，得出全电池的电化学阻抗谱各个部分的归属。本发明能够明确解释锂离子电池全电池的电化学阻抗谱的各部分归属。

Description

一种锂离子电池电化学阻抗谱的测试方法
技术领域
本发明涉及锂电池领域，尤其涉及一种锂离子电池电化学阻抗谱的测试方法。
背景技术
锂离子电池由于具有较大的能量密度、较高的工作电压、优良的循环性能、无记忆效应、自放电率低、内阻小和对环境污染小等优点，已在移动通讯工具等电子产品和电动汽车上广泛应用。锂离子电池的电极界面反应过程对电池的充放电容量、循环特性及倍率性能等具有重要影响。因此研究锂离子电池的电极界面反应过程对阐明其容量衰减机理、提高其循环容量及倍率性能等具有十分重要的意义。
电化学阻抗谱(EIS)是研究电化学界面过程的重要方法，在过去10多年里，EIS被广泛地应用于锂离子在嵌入化合物如碳材料、过渡金属氧化物等中的嵌入脱出过程的研究。EIS能够根据电化学反应每一步时间常数的不同，从而得到电极在不同频率范围内发生的不同反应。运用EIS研究锂离子在嵌入颗粒的嵌入脱出过程的相关动力学参数，如锂离子扩散迁移通过SEI膜的电阻、电子传导性能、电荷传递电阻、锂离子在颗粒内部的扩散系数等，以及这些动力学参数与电极极化电位、温度的关系，对理解锂离子在嵌入电极材料颗粒的嵌入脱出机理，过渡金属氧化物的转化反应机理，特别是锂离子电池的失效机制方面有十分重要的作用。
然而，EIS在电化学领域的进一步应用还存在一个比较严重的限制：对于与复杂的、多步骤的电极反应相关的复合阻抗谱的解释还不明确。一方面是因为锂离子电池的电化学阻抗谱通常由两种元素组成，即半圆和斜线，很多不同的物理过程或一个复杂过程的不同步骤，在电化学阻抗谱中具有相似的特征；另一方面是由于时间常数相近，不同的物理过程或一个复杂过程的不同步骤在电化学阻抗谱中的特征相互重合，成为一个特征。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种锂离子电池电化学阻抗谱的测试方法，以实现明确解释锂离子电池全电池的电化学阻抗谱的各部分归属的目的。
本发明提出的一种锂离子电池电化学阻抗谱的测试方法，包括如下步骤：
S1、将正极片、负极片、第一参比电极、第二参比电极装入四电极体系电解池中；
S2、以正极片为工作电极、负极片为对电极、第一参比电极为参比电极，测量其电化学阻抗谱，得到电化学阻抗谱1；
S3、以正极片为工作电极，第二参比电极为对电极、第一参比电极为参比电极，测量其电化学阻抗谱，得到电化学阻抗谱2；
S4、以负极片为工作电极，第二参比电极为对电极、第一参比电极为参比电极，测量其电化学阻抗谱，得到电化学阻抗谱3；
S5、对比测得的电化学阻抗谱1、2、3，得出全电池的电化学阻抗谱各个部分的归属。
优选地，步骤1中，将正极片、负极片、第一参比电极、第二参比电极装入同一个四电极体系电解池中。
本发明在同一个装置内，完全相同的环境下测得锂离子电池全电池的电化学阻抗谱，锂离子电池正、负极半电池的电化学阻抗谱，避免了因为不同装置，不同环境造成的阻抗谱差异，提高了不同阻抗谱之间对比的准确性；本发明通过比较锂离子电池全电池的电化学阻抗谱，锂离子电池正、负极半电池的电化学阻抗谱，能够明确解释锂离子电池全电池的电化学阻抗谱的各部分归属。
附图说明
图1为本发明得到的电化学阻抗谱1谱图。
图2为本发明得到的电化学阻抗谱2谱图。
图3为本发明得到的电化学阻抗谱3谱图。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
一种锂离子电池电化学阻抗谱的测试方法，包括如下步骤：
S1、将正极片、负极片、第一参比电极、第二参比电极装入四电极体系电解池中；
S2、以正极片为工作电极、负极片为对电极、第一参比电极为参比电极，测量其电化学阻抗谱，得到电化学阻抗谱1；
S3、以正极片为工作电极，第二参比电极为对电极、第一参比电极为参比电极，测量其电化学阻抗谱，得到电化学阻抗谱2；
S4、以负极片为工作电极，第二参比电极为对电极、第一参比电极为参比电极，测量其电化学阻抗谱，得到电化学阻抗谱3；
S5、对比测得的电化学阻抗谱1、2、3，得出全电池的电化学阻抗谱各个部分的归属。
实施例2
一种锂离子电池电化学阻抗谱的测试方法，包括如下步骤：
S1、将磷酸铁锂正极片、石墨负极片、第一锂片、第二锂片装入同一个四电极体系电解池中；
S2、以磷酸铁锂正极片为工作电极、石墨负极片为对电极、第一锂片为参比电极，测量其电化学阻抗谱，得到电化学阻抗谱1；
S3、以磷酸铁锂正极片为工作电极，第二锂片为对电极、第一锂片为参比电极，测量其电化学阻抗谱，得到电化学阻抗谱2；
S4、以石墨负极片为工作电极，第二锂片为对电极、第一锂片为参比电极，测量其电化学阻抗谱，得到电化学阻抗谱3；
S5、对比测得的电化学阻抗谱1、2、3，得出全电池的电化学阻抗谱各个部分的归属；
其中，得到的电化学阻抗谱1、2、3的谱图参照图1、2、3；由图1中可知，正极为磷酸铁锂，负极为石墨的全电池的电化学阻抗谱，由高频区的一个半圆，中频区的一段圆弧和低频区的一条斜线组成；由图2中可知，磷酸铁锂半电池的电化学阻抗谱，由高频区的一个半圆和低频区的一条斜线组成；由图3中可知，石墨半电池的电化学阻抗谱，由高频区的一个半圆，中频区的一个半圆和低频区的一条斜线组成；结合图1、2、3可知，正极为磷酸铁锂，负极为石墨的全电池的电化学阻抗谱中的高频区半圆由磷酸铁锂和石墨的高频区半圆组成，其中频区圆弧由石墨的中频区半圆构成，其低频区斜线由磷酸铁锂和石墨的低频区斜线组成。
可见，通过本发明的方法，能够测得锂离子电池全电池的电化学阻抗谱，锂离子电池正、负极半电池的电化学阻抗谱，通过比较锂离子电池全电池的电化学阻抗谱，锂离子电池正、负极半电池的电化学阻抗谱，能够明确解释锂离子电池全电池的电化学阻抗谱的各部分归属。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种锂离子电池电化学阻抗谱的测试方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将正极片、负极片、第一参比电极、第二参比电极装入四电极体系电解池中；
S2、以正极片为工作电极、负极片为对电极、第一参比电极为参比电极，测量其电化学阻抗谱，得到电化学阻抗谱1；
S3、以正极片为工作电极，第二参比电极为对电极、第一参比电极为参比电极，测量其电化学阻抗谱，得到电化学阻抗谱2；
S4、以负极片为工作电极，第二参比电极为对电极、第一参比电极为参比电极，测量其电化学阻抗谱，得到电化学阻抗谱3；
S5、对比测得的电化学阻抗谱1、2、3，得出全电池的电化学阻抗谱各个部分的归属。
2.根据权利要求1所述锂离子电池电化学阻抗谱的测试方法，其特征在于，步骤1中，将正极片、负极片、第一参比电极、第二参比电极装入同一个四电极体系电解池中。
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