鋰離子電池以其高能量密度、輕質(zhì)以及充分的充電循環(huán)成為現(xiàn)代便攜式電子設(shè)備的支柱,。由于為電動(dòng)汽車(chē)供電,、在地方電網(wǎng)中使用大容量電池進(jìn)行負(fù)載均衡等新需求，改進(jìn)電池存儲(chǔ)已成為不斷尋求性能進(jìn)步的研究增長(zhǎng)領(lǐng)域,。

鋰離子電池以其高能量密度,、輕質(zhì)以及充分的充電循環(huán)成為現(xiàn)代便攜式電子設(shè)備的支柱。由于為電動(dòng)汽車(chē)供電,、在地方電網(wǎng)中使用大容量電池進(jìn)行負(fù)載均衡等新需求,，改進(jìn)電池存儲(chǔ)已成為不斷尋求性能進(jìn)步的研究增長(zhǎng)領(lǐng)域。

現(xiàn)在,，電子順磁共振（EPR）波譜第一次可用于在電池進(jìn)行充放電循環(huán)時(shí)（在運(yùn)行中）,，對(duì)電極實(shí)際表面發(fā)生的氧化還原過(guò)程實(shí)時(shí)成像。

EPR或電子自旋共振（ESR）波譜是一種著名的波譜技術(shù),，可用于研究強(qiáng)磁場(chǎng)中微波激發(fā)的未成對(duì)電子自旋,。1原則上類(lèi)似于核磁共振（NMR），EPR對(duì)于研究涉及存在未配對(duì)電子的金屬?gòu)?fù)合體或有機(jī)基團(tuán)的系統(tǒng)特別有用,。

通過(guò)將EPR進(jìn)一步推進(jìn)到成像中,，類(lèi)似于磁共振成像（MRI），已為電化學(xué)領(lǐng)域提供了一種強(qiáng)有力的技術(shù),，可用于表征在電池的氧化還原循環(huán)期間自由基氧物質(zhì)的形成和消失,。

在室溫條件下，使用Bruker ELEXSYS E580波譜儀,，記錄下閉合電路中的微波兼容電化學(xué)電池在采集期間的EPR波譜,。利用Flexline諧振器獲得的更高的脈沖EPR數(shù)據(jù)采集速度和精度，提供了一個(gè)可實(shí)現(xiàn)具有適當(dāng)?shù)?、微米?jí)分辨率的EPR成像（EPRI）平臺(tái),。

現(xiàn)在，EPRI提供了研究新一代高容量電極材料的機(jī)會(huì),，并最終能夠以類(lèi)似于利用掃描電子顯微鏡（SEM）實(shí)現(xiàn)原子可視化的方式,，實(shí)現(xiàn)電子密度可視化，而SEM最近已結(jié)合常規(guī)EPR被用于檢查運(yùn)行中的鋰電極,。2

在《自然》上最近的一篇文章中,，概述了利用創(chuàng)新的運(yùn)行中EPR成像波譜法對(duì)一種鋰離子電化學(xué)電池進(jìn)行的研究，該電池使用Li2Ru.0.75Sn0.25O3,，高容量富鋰層氧化物作為正極,。

Ru5+和順磁氧物質(zhì)的運(yùn)行中EPR信號(hào)顯示了超氧化/過(guò)氧 (O2)n- 離子可逆形成的有力證據(jù)，它賦予系統(tǒng)以高容量,。此外,，利用EPRI，實(shí)現(xiàn)了對(duì)鋰在負(fù)極和成核區(qū)的沉積/溶出,、以及Ru5+／氧物質(zhì)在正極上的生長(zhǎng)的微米級(jí)分辨率的可視化,。

原位EPRI仍在發(fā)展，但到目前為止仍缺乏較高的分辨率,，不過(guò),，正通過(guò)兩條途徑以尋求提高靈敏度和分辨率，（1）梯度強(qiáng)度急劇增強(qiáng)到1Tcm-1,；或者（2）使用具有更高B1場(chǎng)的EPR微諧振器,，這將需要專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的微電池供實(shí)驗(yàn)。

EPRI的新領(lǐng)域?qū)?shí)現(xiàn)大量令人興奮的實(shí)驗(yàn),，以研究新電池中的氧化還原物質(zhì)的動(dòng)力學(xué)特性與電流率,、電位、靜止時(shí)間,、電解質(zhì)或溫度的函數(shù)關(guān)系,，這將促進(jìn)新型高效電池設(shè)計(jì)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

· Lund, A.,、Shiotani, M.,、Shimida, S.；“ESR波譜的原理和應(yīng)用”,；2011,；Springer；紐約,。

· Wandt J.,、Marino C.、Gasteiger H.A.等,；“運(yùn)行中電子順磁共振波譜——在充放電循環(huán)過(guò)程中在鋰陽(yáng)極上形成苔蘚鋰”,；2015；Energy Environ. Sci.,；8, 1358,。

· Sathiya M.、Leriche J.-B.,、Salager E.,、Gourier D.,、Tarascon J.-M.、Vezin H.,；“用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)鋰離子電池的電子順磁共振成像”,；2015；Nature Comm.,；6:6276 [DOI: 10.1038/ncomms7276]