作者：Laboratoirede Physico-Chimie Moléculaire (LPCM)-University of Bordeaux I, France.

編譯：文軍

前言

在上一篇中,，我們向大家介紹了如何用拉曼研究鋰電池充放電過程正負(fù),。今天,，我們?nèi)詫⒑湍囊涣墓庾V分析對鋰電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展的深刻作用,。

您知道么,，現(xiàn)在的拉曼光譜技術(shù)可以實時原位跟蹤電池中離子濃度的變化,，進(jìn)而確定離子的擴(kuò)散系數(shù)以及離子遷移數(shù),，在固態(tài)電解質(zhì)電池分析中經(jīng)常大顯身手,。同時越來越多的鋰電研究都用到拉曼光譜技術(shù),。想要詳細(xì)了解這些,，您就跟我們一起走進(jìn)拉曼篇（2）——固態(tài)電解質(zhì)鋰電池的原位研究吧！

利用拉曼我們來分析什么,？

固態(tài)電解質(zhì)電池相比傳統(tǒng)液態(tài)電解液電池,，可以有效避免電池漏液，而且還可以將電池做得更?。ê穸葍H為0.1mm）,、能量密度更高、體積更小,，是未來鋰電行業(yè)的發(fā)展方向,。

然而在電池的設(shè)計研究過程中，離子的擴(kuò)散和定向遷移是設(shè)計任一款新型電池時必須考慮的因素,，它直接關(guān)乎到電池的容量,、充放電效率、使用壽命等,，因此這兩項指標(biāo)的研究是非常重要的,。

目前，在液態(tài)的電解質(zhì)中,，有很多成熟的技術(shù)可以測量離子的擴(kuò)散和定向遷移,，但是對于聚合物電解質(zhì)來說，這些技術(shù)已經(jīng)不再適用,。

此時,，顯微拉曼光譜成為一種可供選擇的替代工具，可以實時原位跟蹤電池中離子濃度的變化,，進(jìn)而確定離子的擴(kuò)散系數(shù)以及離子遷移數(shù),。

1.案例1：鋰/固態(tài)聚合物/鋰對稱型電池分析

本案例中，波爾多大學(xué)的研究人員選用Li/PEOLiTFSI/Li對稱型電池作為分析對象,，利用拉曼光譜得到的濃度曲線,，確定鋰鹽的擴(kuò)散系數(shù)以及離子遷移數(shù)。

在電池充電之前,，研究人員首先進(jìn)行一遍測量,，檢查整個電解質(zhì)中鋰鹽濃度的均勻性。然后依次施加方向相反的恒定電流,，利用HORIBA的激光拉曼光譜儀原位測量達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后電解質(zhì),，建立濃度梯度。zui后,，通過得到的實驗結(jié)果,，研究人員可以直觀的看到電流密度和鋰鹽濃度值的關(guān)系（結(jié)果參見下圖）。正如預(yù)期的那樣，濃度梯度的大小隨著所通電流密度值增大而增大,。據(jù)此,，我們還可以得出達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后鋰鹽濃度隨著弛豫時間變化的信息^[1]，從而進(jìn)一步確定擴(kuò)散系數(shù)和離子遷移數(shù),。

1. （上）鋰電和PEOLiTFSI電解質(zhì)之間的實驗測量點,，紅色標(biāo)記為選定的測量點，橫坐標(biāo)為各點之間距離

2.（下）拉曼光譜成像顯示出的鋰鹽濃度,，該濃度值依賴于位置（橫坐標(biāo)）,，充放電電流和弛豫時間（左側(cè)縱坐標(biāo)）。

2.其他案例

除了上述對鋰/固態(tài)聚合物/鋰對稱型電池進(jìn)行拉曼分析,，波爾多大學(xué)的研究人員還做了兩項其他方面的研究：

1. 利用顯微拉曼光譜解析電解質(zhì)的P(EO)_n LiTFSI薄膜中的鋰鹽濃度,。
2. 利用拉曼光譜對鋰離子在Li_xV₂O₅負(fù)材料中的插入和脫出進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)拉曼可以作為電測試之外另一種行之有效的手段,，從而更好地認(rèn)識復(fù)合電中發(fā)生的離子插入,。

因篇幅所限，本文暫不贅述,，您可以手機(jī)識別二維碼索取詳細(xì)測試研究分析報告,。

揭秘：為什么越來越多的鋰電研究用到拉曼光譜技術(shù)？

顯微拉曼光譜技術(shù)可以通過一個可觀察的窗口進(jìn)行微型電池的原位表征,，就是說我們可以實時追蹤到電池中正在進(jìn)行的變化,。此外，現(xiàn)代顯微拉曼技術(shù)所具備以下的性能,，較其他測量技術(shù)具備以下突出的優(yōu)勢,，因此受到越來越多的鋰電研究人員的關(guān)注。

1.實時監(jiān)測鋰電池的充放電過程,，要求拉曼光譜儀具有快速的數(shù)據(jù)采集,、拉曼成像和高通量等特點。因此,，研究人員可以追蹤快速的化學(xué)反應(yīng)過程，如離子擴(kuò)散和遷移,。

2.電池的小型化是未來微電池的發(fā)展需求,，而在透明的電解質(zhì)中，顯微拉曼的空間分辨率可達(dá)到衍射限（亞微米）,，這就使得顯微拉曼助力微電池研究切實可行,。

致謝

本文結(jié)果是在法國波爾多大學(xué)分子物理化學(xué)實驗室取得的。特別感謝J-C. Lassègues教授和L. Servant教授從他們的廣泛的拉曼-光譜化學(xué)研究工作中提供的實驗數(shù)據(jù),。

參考文獻(xiàn):

[1]Raman spectroelectrochemistry of a Lithium/polymer electrolyte symmetric cell, Isabelle rey, jean-Luc Bruneel, Joseph Grondin, Laurent servant and jean-Claude Lassègues, J. Electrochem. Soc., 145(9), pp3034-3042.

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