掃描電化學(xué)顯微鏡在鋰-鈉離子電池分析中的應(yīng)用研究.pdf

1、近幾十年來，對于鋰離子和鈉離子電池的電極材料、電解液等方面的研究已取得階段性的進(jìn)展，要更大的提升儲能電池的發(fā)展空間，我們需立足于電池反應(yīng)機(jī)理以及電極材料與電解液界面，從根本上去研究分析和解決問題。因此，尋找一種適用的在線檢測技術(shù)對于電池的反應(yīng)過程和機(jī)理研究將具有重要意義。掃描電化學(xué)顯微鏡（SECM）作為一種新型的在線檢測手段，在電化學(xué)分析上有著重要的應(yīng)用，對電極材料的反應(yīng)機(jī)理將會有很大的研究前景。本論文主要以鈉離子電池正極材料Na3V2

2、(PO4)3和Na0.44MnO2、負(fù)極材料TiO2和SnO2以及鋰離子電池正極材料LiFePO4和LiCoO2作研究對象，探索SECM在電池分析中的應(yīng)用。
　　采用溶膠凝膠法和固相法分別合成 Na3V2(PO4)3/C材料，研究結(jié)果表明兩種方法合成材料的可逆容量在90 mAhg-1以上，在1C時，循環(huán)100圈之后容量保持率在95％以上；SECM的研究表明溶膠凝膠法和固相法合成的Na3V2(PO4)3/C與電解液的界面電子轉(zhuǎn)移速率

3、常數(shù)分別為：kf=3.3×10-2 cm/s和kf=1.76×10-2 cm/s，SECM圖像的電化學(xué)形貌變化反映出 Na3V2(PO4)3/C在充放電過程中的表面電化學(xué)活性變化較小，材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較好。
　　采用溶膠凝膠法合成Na0.44MnO2，研究結(jié)果顯示材料具有棒狀結(jié)構(gòu)，在充放電的過程中共發(fā)生六次相變，在50 mAg-1下循環(huán)100圈材料的可逆容量保持在100 mAhg-1，循環(huán)的庫侖效率保持在92%。SECM的逼近曲線

4、研究結(jié)果顯示Na0.44MnO2與電解液的界面電子轉(zhuǎn)移速率常數(shù)kf=2.43×10-2 cm/s，SECM圖像表明材料在充放電的過程中的相變會對表面的電化學(xué)活性產(chǎn)生影響，并且在充電的過程中表面電化學(xué)活性減小，在放電的過程中表面的化學(xué)活性增大。
　　探究了SECM應(yīng)用于鈉離子電池負(fù)極材料TiO2和SnO2，研究表明在進(jìn)行PAC曲線時，在未經(jīng)過一次充放電的TiO2和SnO2電極片呈現(xiàn)正反饋趨勢，而經(jīng)過一次充放電的極片呈現(xiàn)負(fù)反饋趨勢，這

5、說明在首次充放電的過程中TiO2和SnO2電極表面會形成SEI膜，這層膜不導(dǎo)電子，嚴(yán)重降低了基底的電化學(xué)活性。
　　探究了SECM應(yīng)用于鋰離子電池正極材料LiFePO4和LiCoO2，得出LiFePO4與電解液界面的電子轉(zhuǎn)移速率常數(shù)kf=2.43×10-2 cm/s，LiCoO2界面的電子轉(zhuǎn)移速率常數(shù)kf=1.3×10-2 cm/s。SECM的圖像分析可以得出LiFePO4在3.0 V時SECM圖像中的活性變小，這與新相的形成有關(guān)