電化學(xué)轉(zhuǎn)移阻抗在材料開發(fā)及性能優(yōu)化中的應(yīng)用
鋰離子電池以其能量密度高、循環(huán)性能好、無記憶效應(yīng)、溫度窗口寬等優(yōu)異的特性，目前已大規(guī)模應(yīng)用于3C類通訊工具、EV類出行工具等領(lǐng)域，市場(chǎng)份額快速提升。二次鋰電池主要采用Li+在含鋰金屬氧化物的正極材料(鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳鈷錳酸鋰、磷酸亞鐵鋰)與層狀結(jié)構(gòu)的石墨類負(fù)極材料之間往復(fù)穿梭來進(jìn)行能量的存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)換的，在穿梭過程中，Li+需要經(jīng)過正極本體-電解液之間的固體電解質(zhì)界面膜CEI、負(fù)極-電解液之間的固體電解質(zhì)界面膜SEI，這兩種界面膜對(duì)電池的電化學(xué)性能具有重要的影響，尤其是負(fù)極-電解液之間的SEI膜，對(duì)電池的低溫充放電性能、快充性能及安全性能(析鋰)具有決定性的作用，通常，CEI與SEI采用電化學(xué)阻抗譜的表征手段，測(cè)量Li+經(jīng)過CEI/SEI膜時(shí)的電化學(xué)轉(zhuǎn)移阻抗Rct。因此，在材料開發(fā)中，應(yīng)通過材料選型、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工藝優(yōu)化等策略來合成SEI膜Rct較小的負(fù)極材料。
目前，一般是測(cè)量全電池或紐扣電池的電化學(xué)轉(zhuǎn)移阻抗來間接表征正負(fù)極材料或極片體系的阻抗，采用這兩種方式表征材料的阻抗大小，實(shí)際上測(cè)量的是兩種相界面阻抗，而不是單一的固體電解質(zhì)界面阻抗，無法準(zhǔn)確表征材料的脫嵌鋰阻抗，而采用“對(duì)稱電池”來表征材料的阻抗，就可以克服上述問題(原理圖如下所示)。所謂對(duì)稱電池，就是該電池的兩個(gè)電極是完全一樣的，采用電化學(xué)阻抗譜測(cè)量的對(duì)稱電池阻抗，實(shí)際上就是被測(cè)材料與電解液之間的一種界面阻抗，有效克服了上述采用全電池或紐扣電池測(cè)量阻抗所遇到的難題，能夠有效指導(dǎo)材料開發(fā)及性能優(yōu)化。
錦美公司采用對(duì)稱電池為電化學(xué)轉(zhuǎn)移阻抗Rct測(cè)量載體，通過材料選型、設(shè)計(jì)優(yōu)化所合成的負(fù)極材料DS-1系列產(chǎn)品，具有電化學(xué)轉(zhuǎn)移阻抗小，動(dòng)力學(xué)性能好等，目前已通過國(guó)內(nèi)外主流電芯廠家的性能驗(yàn)證，正在導(dǎo)入量產(chǎn)中。同時(shí)，采用該方法優(yōu)化的DP-H系列產(chǎn)品，嵌鋰阻抗得到進(jìn)一步降低，較好解決了客戶所面臨的阻抗較大的難題。