電化學儲能電池正極界面反應活性的掃描電化學顯微鏡原位分析

王 瑋,王玉嬌,馮平源,周萬里,王康麗,程時杰,蔣 凱,

(1.華中科技大學材料科學與工程學院，材料成形與模具技術國家重點實驗室，湖北武漢 430074；2.華中科技大學電氣與電子工程學院，強電磁工程與新技術國家重點實驗室，湖北武漢 430074)

電化學儲能電池的界面反應特性及演變過程是電池性能和壽命的決定因素[1-5]。掃描電化學顯微鏡(SECM)作為一種非接觸式無損檢測技術，具有多種工作模式，且根據探針超微電極尺寸的不同，可以實現微米級至納米級的超高空間分辨率[6-8]，非常適合用作電化學反應界面實時動態特性的監測[9]。

目前，電池原位分析的方法主要有高分辨電鏡[10-13]、X射線衍射譜[14-16]、紅外光譜[17,18]、電化學阻抗譜[19,20]、原子力顯微鏡[21-24]、核磁共振[25,26]和掃描電化學顯微鏡[27-36]。其中，透射電鏡和X射線衍射譜提供物質結構及其變化信息；原子力顯微鏡主要用于檢測負極界面固態電解質膜的形貌變化；電化學阻抗譜提供發生在電池內部具有不同時間尺度物理化學過程的阻抗信息；核磁共振研究電極材料中特定離子的化學環境變化及其在電極材料中的擴散特性；通過采用不同工作模式掃描電化學顯微鏡已被用于監測負極界面固態電解質膜的形成，以及Li+電池正極界面納米微區反應活性的分析。正極檢測范圍有限，且電極僅在分析區與電解液接觸[29]，這與正極完全浸泡在有機電解液中實際情況不符，不能體現真實的充放電界面反應過程。針對這一問題，本工作設計了可以用于掃描電化學顯微鏡電池界面實時原位電化學反應活性分析的電解池，該電解池可以在無水無氧的手套箱中用于Li+/Na+/K+電池及液態金屬電池等新型電化學儲能體系的高分辨分析?！?br>