Joule:南大周豪慎教授团队发现锂离子电池的电化学振荡

shaodfu

南京大学周豪慎教授课题组利用改性钛酸锂电极材料首次实现了锂离子电池的电化学振荡，并在现有电极材料相变理论基础上提出了一种新的模式，该研究开辟了电极材料电化学相变的新前沿。

从便携式电子设备到电动汽车，可充电锂离子电池已成为我们日常生活中越来越重要的电能储存设备。在充电/放电期间，锂离子在阳极和阴极主体材料之间穿梭。一般情况下，锂离子的脱嵌可以均匀地进行(固溶行为)或非均匀地进行(相分离行为)，后者在某些成分范围内广泛存在于锂离子电池电极材料中。然而，在实际电极中的相分离反应至今仍然不是很清楚，因为电池电极是一个相当复杂的系统，包含许多粒子(〉1010)且通过粘合剂和导电添加剂连接在一起，构成了理论模拟和实验观测的巨大挑战。橄榄石型磷酸铁锂经常被用来研究电化学相分离行为，磷酸铁锂电极的两相(富锂和贫锂相)整体比值可以通过衍射技术来确定,然而该技术缺乏空间分辨能力，因此忽略了颗粒水平的相位分布。这可能解释为什么有一个相当直观的共识，即相分离同时发生在几乎所有电极颗粒中。

周期性的电化学振荡首次在锂离子电池中发现，该振荡现象起源于电极材料颗粒离散的相变过程，其振荡信号可用于指示活性颗粒占整个电极的比例，同时该发现加深了我们对多颗粒相分离动力学的理解。

该研究表明多粒子相分离反应可以离散进行，这种集体相变行为表现为恒电流充电/放电过程中的电压振荡。这是第一次在可充电电池系统中发现电化学振荡。根据细微的振荡信号可以直接评估激活的相分离粒子的比例，从而实现多颗粒电极中相分离动力学的实时分析。该发现和分析促进了对实际相分离电极电化学过程的基本理解，这对于开发先进的电池材料至关重要。此外，这些发现可以推广到其他相分离系统，甚至在锂离子电池领域之外，为进一步的实验和理论研究开辟了一个新的维度。