【摘要】 化学扩散系数描述了移动物质在浓度梯度下的传输特性。

常用的电化学研究方法--循环伏安法的一些应用

化学扩散系数描述了移动物质在浓度梯度下的传输特性。锂在主电极晶格中的扩散通常是锂离子电池充电和放电过程中的速率决定步骤[1]。因此，确定DLi对了解电极材料的固有动力学特性很重要。

循环伏安法计算锂离子扩散系数

注意：仅适用于扩散过程为控制步骤且电极为可逆体系，此时有公式

常温时，

式中，Ip为峰电流的大小，n为参与反应的电子数，A为浸入溶液中的电极面积，F为法拉第常数，DLi为Li在电极中的扩散系数，v为扫描速率，△C0为反应前后待测浓度的变化。

可以按如下步骤来计算：

1、测量电极材料在不同扫描速率下的循环伏安曲线;

2、将不同扫描速率下的峰值电流对扫描速率的平方根作图;

3、对峰值电流进行积分，测量样品中锂的浓度变化;

4、将相关参数带入式(2)，即可求得扩散系数。

需要注意的是，由于以下几个原因，其测得的绝对值在不同文献中不尽相同

需要该反应收扩散控制，而且循环伏安测到的化学扩散系数并非电极材料内部本征的离子扩散系数(详细内容请见扩展阅读)。还有就是，如果是多孔粉末电极，其真实反应面积远大于电极几何面积，且难以精确测量，给结果带来很大的不确定性。

锂离子电池研究中常用的方法除了我们已经介绍过的循环伏安法 (CV)、电化学交流阻抗谱(EIS)以外，还有恒电流间歇滴定技术(GITT)、恒电位间歇滴定技术(PITT)、电流 脉冲弛豫(CPR)、电位阶跃计时电流(PSCA)和电位弛豫技术(PRT)等。但由于篇幅有限，所以我们先一期一期给大家进行逐个介绍，下一期我们会为大家介绍循环伏安法在测定电极反应可逆性方面的应用。

 

参考文献

[1] Tang K ,  Yu X ,  Sun J , et al. Kinetic analysis on LiFePO4 thin films by CV, GITT, and EIS[J]. Electrochimica Acta, 2011, 56(13):4869-4875.

 

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