掃描電化學顯微鏡在鋰-鈉離子電池分析中的應用研究.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展，要更大的提升儲能電池的發展空間，我們需立足于電池反應機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對于電池的反應過程和機理研究將具有重要意義。掃描電化學顯微鏡（SECM）作為一種新型的在線檢測手段，在電化學分析上有著重要的應用，對電極材料的反應機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移速率

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

4、研究結果顯示Na0.44MnO2與電解液的界面電子轉移速率常數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活性產生影響，并且在充電的過程中表面電化學活性減小，在放電的過程中表面的化學活性增大。
　　探究了SECM應用于鈉離子電池負極材料TiO2和SnO2，研究表明在進行PAC曲線時，在未經過一次充放電的TiO2和SnO2電極片呈現正反饋趨勢，而經過一次充放電的極片呈現負反饋趨勢，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，這層膜不導電子，嚴重降低了基底的電化學活性。
　　探究了SECM應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移速率常數kf=2.43×10-2 cm/s，LiCoO2界面的電子轉移速率常數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