Análisis de espectroscopia de impedancia electroquímica: investigación sobre baterías de iones de litio

Una batería de iones de litio, es decir, una batería secundaria que utiliza un compuesto capaz de intercalar y desintercalar de manera reversible los iones de litio como un electrodo positivo y un electrodo negativo:

Durante la carga, los iones de litio en el electrodo positivo se extraen del material activo del electrodo positivo y se incrustan en el material activo del electrodo negativo;

En el momento de la descarga, los iones de litio se extraen del material activo del electrodo negativo y se incrustan en el material activo del electrodo positivo. Por lo tanto, la capacidad de carga y descarga, la estabilidad del ciclo, la tasa de carga y descarga, y el rendimiento de carga y descarga de alta y baja temperatura de las baterías de iones de litio están todos relacionados con la elución e incrustación de iones de litio en el material activo del electrodo, la difusión en el electrolito y el paso de iones de litio. Los procesos de la membrana de interfaz de electrolitos sólidos (SEI) en la superficie de las partículas de material activo del ánodo están estrechamente relacionados.

Estudiar los parámetros cinéticos relevantes del proceso anterior es de gran importancia para comprender el rendimiento electroquímico completo de la batería de iones de litio correspondiente.

Como método importante, estudie el proceso de interfaz electroquímica. La espectroscopia de impedancia electroquímica (EIS) se utiliza ampliamente para estudiar la inserción y extracción de iones de litio en la oxidación de materiales de carbono y metales de transición.

El llamado EIS es un método de prueba de CA para obtener retroalimentación de las señales eléctricas correspondientes en el dominio de la frecuencia mediante la aplicación de una señal de CA sinusoidal con cierta amplitud y una frecuencia diferente al sistema electroquímico. El espectro EIS típico de la batería Li + se analizará en combinación con los procesos físicos y químicos específicos durante la carga y descarga.

Durante la carga de la batería de iones de litio, el proceso de elución e incrustación de iones de litio en el electrodo quimérico incluye los siguientes cinco pasos, como se muestra en la Figura 2 (Barsoukov et al. Propusieron un proceso de modificación):

Etapa 1: transporte de electrones a la superficie del material activo y transporte entre las partículas del material activo, y transporte de iones de litio en el electrolito;

Paso 2: difusión de iones de litio a través de la película SEI en la superficie de las partículas de material activo;

Paso 3: proceso de transferencia de carga (o proceso de enlace de reacción) de electrones e iones de litio en una unión conductora;

Paso 4: un proceso de difusión de iones de litio en las partículas sólidas dentro de las partículas de material activo;

Paso 5: Los iones de litio se acumulan en el material activo, se consumen y, por lo tanto, provocan un cambio en la estructura cristalina de las partículas del material activo o la formación de una nueva fase (esta parte del mapa EIS común no se prueba debido a limitaciones de frecuencia de prueba). .

Utilizando una estación de trabajo electroquímica, se realizó una exploración de impedancia de CA entre 10 kHz y 50 μHz para obtener un mapa EIS como se muestra en la Fig. 3. El mapa se desmontó y analizó específicamente, como se muestra en la Tabla 1.

La página contiene el contenido de la traducción automática.