锂离子电池隔膜非均匀传质过程机理研究

液相传质是影响电池稳定性的关键因素。尤其是在隔膜中的液相传质过程机制依然不够清晰，在电池运行条件下内部状态受多场影响。隔膜的液相传质过程依赖于隔膜的微观结构和电解质的物理化学特性。因此，开发原位的LEIS 技术研究锂离子电池中的局部非均相传质过程。隔膜的微观结构严重影响传质过程，降低孔隙率会增加过电势。隔膜的各类物理参数已经建立，如孔隙率，扭曲度和膜厚等参数，导致极化峰值出现。液相传质阻抗大小与电解质粘度正相关。高粘度时离子迁移受到阻挡。极化与电化学性能相关，因此建立相结构，电池性能和非均相传质示意图来指导电池设计。本研究提供了开发高稳定性锂离子电池的基础。

Fig 1 液相传质

a)传质过程与隔膜的微结构和电解质的粘度相关

b)原位LEIS用于研究锂离子电池局部非均相传质过程

Fig 2 隔膜及凝胶电解质的LEIS 结果

研究亮点：

• 建立了传质模型阐释隔膜结构和电解质性能的相互作用
• 结果显示隔膜的孔隙率极大影响传质过程，实验及仿真表明导致过电势增加
• 电解质粘度严重制约离子移动，粘度升高导致极化增大
• 原位LEIS技术有效研究了复杂的非均相传质过程
• LEIS 结果显示隔膜阻抗随载压升高而增大后维持稳定
• 隔膜结构变化与电池阻抗的关系
• 高粘度电解质降低离子传输效率增加了电极的过电势
• 优化匹配电解质和隔膜的物理性质增强传质效率
• 为开发高性能电池奠定基础 

微区扫描电化学主要应用领域：

• 金属合金涂层等点蚀，电偶腐蚀等机理研究
• 金属离子电池材料脱嵌，溶解，氧析出，SEI，析锂等监测
• 电催化HER, OER，ORR, HOR，CO2RR等活性分布成像
• 单颗粒动力学研究