仪器应用 | QCMD用于电池应用的复合磷酸铁锂（LFP）电极原位研究

磷酸铁锂（LiFePO4）因其安全性、稳定性和成本效益而成为锂离子电池中广泛应用的正极材料。它具有稳定的电化学特性，在嵌入/脱嵌过程中呈现出明显的峰值。在较低电位下运行，它避免了在较高电压下常见的副反应，从而提高了效率和使用寿命。

图1. 当施加循环电位时，LiFePO4复合材料中锂离子的嵌入/脱嵌过程以及同时监测的频率变化情况。

将碳涂层的磷酸铁锂粉末制成浆料，并通过气助喷涂将其施加到5MHz金涂层的QCMD传感器上。在23°C下，测量单元在1M Li2SO4溶液中对涂层传感器进行表征，对测量单元13个过膜波段进行测量。

在循环伏安法（CV）循环过程中，频率的变化与理论法拉第预测值一致（图2），且在所有倍频中均如此。耗散变化微乎其微（图2和图3），这证实了循环并未改变电极的结构特性或粘弹性。此外，当绘制频率和带宽变化与电压变化的关系图（图3）时，可以看到半带宽几乎为零，这表明在CV扫描过程中没有发生永久性变化。这些结果表明，锂离子在LFP中的嵌入纯粹是重量变化模式（即复合LFP由于插入锂离子而导致的重量变化）。此外，在整个循环过程中，电极保持了其原始形态和机械稳定性。

图2. 在循环伏安技术中记录的频率（上图）和半带宽（下图）的变化。在上图中，已将理论法拉第频率以虚线黑色标示的方式添加上去。这展示了在施加循环电位时锂离子的嵌入/脱嵌过程。

图3. 工作电极使用次数与电化学电流（上部）以及三重泛音频率和半带宽（下部）的关系曲线，表明在循环过程中未发生永久性的形态或粘弹性变化。