了解锂聚合物电池循环机制

拉曼微光谱镜涵盖了广泛的活动，电化学可以从该技术中获利，从而建立原位分析以跟踪动力学现象。锂聚合物电池循环机制是由聚合物电解质（聚乙烯氧化物（PEO） - lithium盐）中的离子转运驱动的，在阴极中锂的相互作用（V₂o₅）。拉曼微光谱学提供了信息来监视面糊中的这些特性。

聚合物电解质中盐浓度的度量

电解质是一种能够使用所含离子传输电流的介质。通过扩散系数D测量电解质的扩散（CM²s^-1），迁移是通过运输数量t衡量的^-and t⁺。

有许多技术可用于测量液体电解质中的那些参数，但是在聚合物电解质的情况下，这些技术变得不确定。因此，拉曼微光谱镜是替代工具。在这种情况下，电解质含有加热至80°C的PEO作为溶剂，其中四氟二酰亚胺的锂li+盐，TFSI^-被溶剂化。在80°C下，PEO完全无定形，并参与LI+的运动。

PEO包含一个位于1420厘米的特征峰^-1，分配给变形，δ（CH₂）。阴离子TFSI具有独特的拉曼签名，其中一个特征峰与PEO的拉曼光谱没有重叠。该峰是CF的对称变形振动₃group (δs(CF₃）742厘米^-1如图1a所示。与这些峰相对应的面积之比之间的关系

a [ΔS（CF₃）/ a [δ（CH₂]]]如图1b所示，证明在较宽的浓度中是线性的。

使用这种质量关系，可以观察到离子扩散和离子迁移拉曼微光谱如p（eo）_nlitfsi电影。

图1。（a）几个P（EO）的拉曼光谱_nLiTFSI concentrations. (b) Linear relation between relative area of TFSI peak - A[δ_s（参见₃）/ a [δ（CH₂)]- and concentration of TFSI in PEO.

通过在80°C下的两种聚合物膜（约100µm厚）组装，浓度梯度诱导。因此，可以观察到盐从较高浓度膜的扩散。拉曼微光谱。在2膜组件的边缘定义了拉曼分析点线，以测量横截面几个点的浓度，如图2所示。

图2。通过在80°C下由P（EO）20 litfsi和PEO膜组成的组装中，TFSI浓度谱的演变。普通线：理论函数（d = 6.10^-8厘米².s^-1）点：实验结果。

锂/聚合物/锂对称细胞的研究

当电流密度通过锂 /聚合物 /锂对称细胞时，拉曼对浓度曲线的观察有助于确定盐扩散系数和离子传输数。

图3显示了在LI/PEOLITFSI/LI细胞上执行的实验。在应用电流之前，请记录某些线路以检查整个电解质中浓度的均匀性。在使用连续相反的恒定电流，并可以测量在稳态下在电解质中建立的浓度梯度。

图3。(a) Photograph of the PEO LiTFSI electrolyte between the lithium electrodes displaying the investigated line of points. (b) Image of the salt concentration -depending on position (x) and time (y)-

Study of the Intercalation and Release of Lithium in the Cathode Material Li_Xv₂o₅

Alarge number of cathode materials have been considered. In this study, a cathode is analyzed that is mainly composed of V₂o₅powder and a small quantity of carbon. Raman microspectrometry helps monitor the blend homogeneity.

锂在初始阴极材料α-V中的第一个插入₂o₅induces phase transitions to the ε, δ, γ and ω phases. The Raman spectrum of α- V₂o₅已经彻底研究了。

在第一次排放LI/Electrolyte/V时，记录了每个阶段的拉曼光谱₂o₅电池。图4中绘制了相α，ε，ε'，δ，γ的特征光谱_A拉伸模式分别位于995厘米处^-1，982厘米^-1，972厘米^-1and 1006cm^-1。通过在865和915厘米处展示两个峰，γ相是唯一的^-1。No characteristic spectrum of the ω phase has been obtained as it seems that this phase does not provide any significant Raman spectrum.

Figure 4.α，ε，ε'，δ，γ相的拉曼光谱。（从上到下）

When the discharge is performed too rapidly (high current) there are risks for an inhomogeneous intercalation of Li in V₂o₅这可能会导致电池短期老化或故障。因此，这些参考光谱用于监测LI中锂插入过程的均匀性_Xv₂o₅快速放电期间整个阴极的谷物。

当电池放电时，将在25个不同的V上记录光谱₂o₅阴极的谷物。初步结果证明了给定平均插入率x的25个光谱之间的明显差异，揭示了li+在V中的不均匀插入过程₂o₅。

这可能是由于活性材料与当前收集器和/或放电速率太高的电气接触不良。细胞中这两个方面的改善导致了25个研究点的相似光谱。图5同时绘制了连续LI的电势曲线和特征性拉曼强度_Xv₂o₅阶段。每个高原显示一个相变，每个液滴对应于单相结构域。拉曼的结果与潜在曲线非常相关，因为每个高原都以上一阶段为代价的新阶段增加了一个新阶段。共聚焦拉曼微光谱法因此，除了电测试之外，还可以更好地了解复合电极中发生的插入。

Figure 5.不同阶段α，ε，δ，γ的强度与锂插入率（x）的函数。对于每个X值，拉曼强度在电极上记录的25个光谱上平均。

Summary

Raman enables in situ characterization of microbatteries through an observation window. This will enable correlations between battery performance and molecular/crystallinity changes. Furthermore, the capabilities of current拉曼显微镜，其中包括快速映射和高吞吐量，以遵循快速离子扩散和迁移以及高空间分辨率以区分〜1µm³透明电解质中的体积。

This information has been sourced, reviewed and adapted from materials provided by HORIBA Scientific.

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