温度依赖性电化学阻抗谱解析:揭示锡阳极与镍锰酸锂阴极在锂离子电池荷电状态及健康度中的关键相变与界面机制

【字体: 时间:2025年07月29日 来源:Energy Technology 3.6

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  研究人员通过电化学阻抗谱(EIS)技术,系统研究了锡(Sn)阳极和镍锰酸锂(LNMO)阴极在不同荷电状态(SoC)和健康度(SoH)下的性能演变。发现Sn电极在60% SoC时因新锂化相形成导致体相电阻(Rs)突变,而LNMO电极在20% SoC和100% SoC分别因Mn3+/Mn4+氧化还原反应和高压结构重组呈现特征响应。温度实验表明LNMO界面膜会暂时影响电荷转移动力学,但随老化逐渐稳定。该研究为高能量密度电池的界面优化提供了重要理论依据。

  

这项研究采用电化学阻抗谱(Electrochemical Impedance Spectroscopy, EIS)技术,深入探究了锡(Sn)阳极和镍锰酸锂(Lithium Nickel Manganese Oxide, LNMO)阴极这对"黄金搭档"在锂离子电池中的精彩表现。

在Sn阳极阵营中,当电池达到60%荷电状态(State of Charge, SoC)时,材料内部正在上演一场华丽的相变大戏——新生锂化相的形成直接导致体相电阻(Rs)的显著波动。而LNMO阴极则像一位精准的化学舞者,在20% SoC时展现Mn3+/Mn4+氧化还原反应的优雅舞步,在100% SoC时又完成高压结构重组的华丽转身。

虽然Sn电极表面形成了稳定的固体电解质界面(SEI),但随着老化进程,锂离子(Li+)的逐渐耗竭还是给电池健康状态(State of Health, SoH)蒙上阴影。相比之下,LNMO电极展现出更强的"抗衰老"能力,其阻抗变化相对温和。温度实验揭示了一个有趣现象:LNMO电极在经历初期循环后,电极-电解质界面会形成一层"调皮"的表面膜,暂时给电荷转移动力学制造了些小麻烦,不过这位"顽童"最终会在持续老化过程中变得安分守己。

这项研究不仅为理解电极材料相变与界面行为提供了新视角,更像一位"电池医生",通过EIS技术为锂离子电池进行精准"体检",为开发高性能储能系统开辟了新思路。

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