锂电池中离子浓度，扩散系数，迁移数检测方案(激光拉曼光谱)

光谱分析助力锂电池产业突破：拉曼篇(2)固态电解质锂电池的原位研究2017/11/1 光谱分析助力锂电池产业突破：拉曼篇(2)固态电解质锂电池的原位研究2017-09-20 HORIBA科学仪器事业部 作者|LPCM，University of Bordeaux I France. 编译|文军 前言 上一篇中，我们向大家介绍了如何用拉曼研究锂电池充放电过程正负极。今天，我们仍将和您聊一聊光谱分析对锂电池产业发展的深刻作用。 您知道么，现在的拉曼光谱技术可以实时原位跟踪电池中离子浓度的变化，进而确定离子的扩散系数以及离子迁移数，在固态电解质电池分析中经常大显身手。同时越来越多的锂电研究都用到拉曼光谱技术。想要详细了解这些，您就跟我们一起走进拉曼篇(2)——固态电解质锂电池的原位研究吧! 固态电解质电池相比传统液态电解液电池，可以有效避免电池漏液，而且还可以将电池做得更薄(厚度仅为0.1mm)、能量密度更高、体积更小，是未来锂电行业的发展方向。 然而在电池的设计研究过程中，离子的扩散和定向迁移是设计任一款新型电池时必须考虑的因素，它直接关乎到电池的容量、充放电效率、使用寿命等，因此这两项指标的研究是非常重要的。 目前，在液态的电解质中，有很多成熟的技术可以测量离子的扩散和定向迁移，但是对于聚合物电解质来说，这些技术已经不再适用。 此时，显微拉曼光谱成为一种可供选择的替代工具，可以实时原位跟踪电池中离子浓度的变化，进而确定离子的扩散系数以及离子迁移数。 接下来，我们就来以法国波尔多大学分子物理化学实验室的研究为例，看看他们是如何利用拉曼光谱技术进行锂电池研究的。 1 案例：锂/固态聚合物/锂对称型电池分析 本案例中，波尔多大学的研究人员选用Li/PEOLiTFSI/Li对称型电池作为分析对象，利用拉曼光谱得到的浓度曲线，确定锂盐的扩散系数以及离子迁移数。 在电池充电之前，研究人员首先进行一遍测量，检查整个电解质中质盐浓度的均匀性。然后依次施加方向相反的恒定电流，利用 HORIBA 激光拉曼光谱仪原位测量达到稳定状态后电解质，建立浓度梯度。最后，通过得到的实验结果，研究人员可以直观的看到电流密度和锂盐浓度值的关系(结果参见下图)。正如预期的那样，浓度梯度的大小随着所通电流密度值增大而增大。据此，我们还可以得出达到稳定状态后锂盐浓度随着弛豫时间变化的信息!1]，从而进一步确定扩散系数和离子迁移数。 1.(上)锂电极和PEOLiTFSI电解质之间的实验测量点，红色标记为选定的测量点，横坐标为各点之间距离 2.(下)拉曼光谱成像显示出的锂盐浓度，该浓度值依赖于位置(横坐标)，充放电电流和弛豫时间(左侧纵坐标)。 2 其他案例 除了上述对锂/固态聚合物/对称型电池进行拉曼分析，波尔多大学的研究人员还做了两项其他方面的研究： 利用显微拉曼光谱解析电解质的P(EO)n LiTFSI薄膜中的锂盐浓度。 2 利用拉曼光谱对锂离子在LixV205负极材料中的插入和脱出进行分析，发现拉曼可以作为电测试之外另一种行之有效的手段，从而更好地认识复合电极中发生的离子插入。 因篇幅所限，本文暂不赘述，您可以在文末点击<阅读原文>索取详细测试研究分析报告。 显微拉曼光谱技术可以通过一个可观察的窗口进行微型电池的原位表征，就是说我们可以实时追踪到电池中正在进行的变化。此外，现代显微拉曼技术所具备以下卓越的性能，较其他测量技术具备以下突出的优势，因此受到越来越多的锂电研究人员的关注。 实时监测锂电池的充放电过程，要求拉曼光谱仪具有快速的数据采集、拉曼成像和高通量等特点。因此，研究人员可以追踪快速的化学反应过程，如离子扩散和迁移。 2 电池的小型化是未来微电池的发展需求，而在透明的电解质中，显微拉曼的空间分辨率可达到衍射极限(亚微米)，这就使得显微拉曼助力微电池研究切实可行。 你也在做锂电池&拉曼技术方向的研究么?说说看你认为拉曼光谱还可以用在锂电研究/表征的哪些方面呢? 欢迎参与我们的留言话题互动，每日互动后3个工作日内，我们将评选一位“印象深刻”的留言读者，并送出星巴克券一份。 ( 参考文献 ) [1]Raman spectroelectrochemistry of a Lithium/polymer electrolyte symmetric cell， Isabelle rey， jean-Luc Bruneel， Joseph Grondin， Laurent servant and jean-Claude Lassegues，J. Electrochem. Soc.， 145(9)， pp3034-3042. >>>>点击标题，查看往期精华文章 ●锂电池充放电过程正负极的研究 ● E日本锂电池研发界的“秘密武器" ● 拿什么来拯救你，太阳能电池! ● 椭偏仪在光伏领域中的应用 ● 长春应化所锂-氧电池反应机理研究获新进展 ● 锂-空气电池专题之反应原理研究进展 >>>>>免责说明 HORIBA Scientific公众号所发布内容(含图片)来源于文章原创作者提供或互联网转载。文章版权、数据及所述观点归原作者原出处所有， HORIBA Scientific 发布及转载目的在于传递更多信息及用于网络分享，供读者自行参考及评述。如果您认为本文存在侵权之处，请与我们取得联系，我们会及进行处理。 HORIBA Scientific 力求数据严谨准确，如有任何失误失实，敬请读者不吝赐教批评指正。我们也热忱欢迎您投稿并发表您的观点和见解。 >>>>HORIBA科学仪器事业部 结合旗下具有近200多年发展历史的 Jobin Yvon 光学光谱技术，HORIBA Scientific 致力于为科研及工业用户提供最先进的检测和分析工具及解决方案。如：光学光谱、分子光谱、元素分析、材料表征及表面分析等先进检测技术。今天HORIBA 的高品质科学仪器已经成为全球科研、各行业研发及质量控制的首选。 点击下方“阅读原文”索取详细测试研究分析报告。 利用拉曼我们来分析什么?/http：//mp.weixin.qq.com/s/tXRPBAhxZXbAkMTYRw 拉曼光谱技术可以实时原位跟踪电池中离子浓度的变化，进而确定离子的扩散系数以及离子迁移数，在固态电解质电池分析中经常大显身手。同时越来越多的锂电研究都用到拉曼光谱技术。想要详细了解这些，您就跟我们一起走进拉曼篇（2）——固态电解质锂电池的原位研究吧