用拉曼光谱法分析锂离子电池

多年来，锂离子电池已经用于多种应用，因为它们的可充值性和与锂电池相比相比相对易于使用。锂离子电池在许多便携式和电子设备，无绳工具甚至电动汽车中广泛使用。尽管为多个设备提供动力的需求继续增长，但锂离子电池的性能已开始成为一个问题。

锂离子电池的运行质量受阴极和阳极状态的严重影响。在充电和放电过程中，锂离子从一个电极传播到另一种电极，电解质充当其结缔机构。该过程诱导阴极和阳极内的结构变化。尽管这些变化通常是可逆的，但在某些情况下，充电或放电过程可能会引起材料中不可逆的情况。亚博网站下载

拉曼光谱学提供了有关阴极和阳极中结构变化的解决方案。作为一个非接触式和快速的设备，光谱法不会影响样品，并允许在电荷分离循环中对电池进行实时分析。拉曼光谱学凭借其易于使用和信息丰富的机制，是多个分析级别的绝佳工具，从各种研究和开发努力到自动质量控制措施。

阴极分析

分层锂钴氧化物licoo₂（LCO）是阴极的常用材料。在电池的充电和放电过程中，锂离子被去隔离或插入分层的钴 - 氧气八人体结构。过度放电将不可逆转地将氧化物分解为氧化锂（li₂O）和氧化钴（COO），最终将它们转换为licoo₂和首席运营官₂。如下图所示，可以使用拉曼光谱法观察到这些变化。电荷分离过程后，记录在阴极上的拉曼图将显示二氧化钴的存在。

licoo之间的光谱差异₂和licoo₂存在钴氧化物焦₂。

拉曼图像licoo₂循环过程后的阴极，coo的存在₂被检测到：蓝色对应于无定形碳的存在，橙色斑点显示了licoo的分布₂，红色斑点对应于不同浓度的COO₂。

不同类型的锂转换金属混合氧化物，例如Li（Ni，Mn，Co）O₂，林₂o₄，李₂tioo₃目前正在研究为潜在的阴极材料。亚博网站下载拉曼光谱可能会引入有关此类材料的适用性和潜在结构或化学变化的新信息。亚博网站下载

阴极材料的拉曼光谱：licoo亚博网站下载₂，li（Ni，MN，CO）O₂，林₂o₄和李₂TIO₃。

阳极分析

石墨是阳极的常见材料；但是，在阴极层材料中，石墨可能在充电过程后恶化。亚博网站下载拉曼光谱的频段D和G的ID/Ig比与结构中的损坏有关。D带的强度与G条带的强度相关的强度增加将表明石墨降解。拉曼成像可以清楚地表明这些变化发生在石墨结构中。

具有不同ID/Ig比率的石墨的拉曼光谱。

循环过程后的拉曼图像石墨阳极：蓝色区域显示缺陷水平相对较低的石墨；和深蓝色显示石墨具有较高的缺陷；橙色区域对应于粘合剂（树脂）的存在。

结论和观点

随着当前需要可靠，高效和强大能源的技术进步过程，锂离子电池被视为对这种努力的潜在实现。拉曼光谱法适应锂离子电池性能的各个阶段，以使得可以开发出更灵活的系统或故障分析的新材料表征。更重要的是，拉曼光谱学在电荷分离过程中可以进行更标准的材料分析，包括结构和电子特性以及自动质量控制测试。

来源和进一步阅读

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• Berkley的运输和新建计划储能和转换，http://bestar.lbl.gov/

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