Li+锂离子扩散系数的测定(七):电流脉冲弛豫法(CPR)和电位弛豫法(PRT)

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电流脉冲弛豫法(CPR)在使用CPR进行测定时,需要对电极施加恒流脉冲,记录电压电位对时间的响应,再根据式(14)求得DLi+

式(14)中:Ii为脉冲电流;τ为脉冲时间;x为嵌锂的摩尔分数。

CPR法处理数据,只需绘制E-t-1/2图,求得的斜率即为DLi+。N.Spinner等[1]研究了两种方法合成的纳米结构氧化镍作为锂离子电池正极材料的电化学性能,采用CPR测得相同平衡电压下,氢氧化钠沉淀氧化镍(N-NiO)的DLi+是回流沉淀氧化镍(R-NiO) 的2~3倍。CPR和EIS、GITT一样,相比其他方法,需要的精确参数较多,而这些参数对测得结果的影响较大。

电位弛豫法(PRT)

PRT分析浓溶液限制扩散,记录开路电压随时间的变化,并由式(15)求得DLi+

式(15)中:φm为平衡电极电位;φ为初始电位;N为常数。即:

PRT和PITT一样,只需要L一个参数,数据处理后绘制图片图,计算斜率即可求得DLi+。PRT测定时,没有电流流过电池,可消除电化学极化或其他副反应的影响。另外,PRT可以区分Li+脱出和嵌入时的DLi+,还可用于测定界面附近电解质中的DLi+。C.Y.Ouyang等[2]在研究LixMn2O4的动态特性时,采用PRT测定x=0.1~0.9时LixMn2O4的DLi+,结果显示:DLi+在x=0.3和0.7时有极大值,分别为5.50×10-9cm2/s和4.25×10-9cm2/s;在x=0.5时有极小值1.75×10-9cm2/s。这表明:在嵌脱过程中,两相共存阶段的DLi+较高,单相阶段则较低。

Q.Wang等[3]采用PRT测定石墨化中间相炭微球中的DLi+,脱出时为10-8cm2/s数量级,嵌入时为10-9cm2/s数量级,表明Li+在碳电极中的嵌入速度慢于脱出速度。此外,还测定了电解液中的DLi+,在电解液1mol/L LiPF6/EC+DEC(物质的量比1∶1)中,DLi+为4.112×10-5cm2/s。