儀器測試循環伏安測試阻抗譜測試電池測試拉曼光譜測試1.循環伏安測試原理循環伏安法是將循環變化的電壓施加于工作電極和參比電極之間，當到達某設定的終止電位后，再反向回掃至某設定的起始電壓，并記錄工作電極上得到的電流與施加電壓的關系。當對工作電極施加掃描電壓時，將產生響應電流，以電流對電位作圖，稱為循環伏安圖。

（假設溶液中有電活性物質）則電極上發生如下電極反應：正向掃描時，電極上將發生還原反應：O

+n

e-

===

R反向回掃時，電極上生成的還原態R將發生氧化反應：R

===

O

+

n

e-

(設電極反應為O+ne≒R式中O表示氧化態物質，R表示還原態物質)

在一定掃描速率下，正掃（從低電壓向高電壓掃描）是指從負電位到正電位，

溶液中的離子在電極表面失去電子而被氧化，掃出的峰就是氧化峰；負掃（從高電壓向低電壓掃描）是指從正電位到負電位，離子到電極表面得到電子而被還原，掃出的峰就是還原峰。1.循環伏安測試氧化峰還原峰P代表極化電源，為研究電極提供極化電流；mA代表電流表，用于測量電流；V為測量或控制電極電勢的儀器。P、mA和輔助電極、研究電極構成了左側的回路，稱為極化回路。在極化回路中有極化電流流過，可對極化電流進行測量和控制。V、參比電極和工作電極構成了右側的回路，稱為測量控制回路。在測量控制回路中，對研究電極的電勢進行測量和控制，由于回路中沒有極化電流流過，只有極小的測量電流，所以不會對研究電極的極化狀態、參比電極的穩定性造成干擾。

W稱為工作電極（working

electrode，WE），工作電極的電極過程是實驗研究的對象；R代表參比電極（reference

electrode，RE），是電極電勢的比較標準，用來確定工作電極的電勢。C代表輔助電極（auxiliary

electrode），也稱為對電極（counter

electrode，CE），用來通過極化電流，實現對工作電極的極化。1.循環伏安測試鋰電池的研究中多數為兩電極電池，兩電極電池測量的電壓（voltage）是正極電勢（potential）與負極電勢之差。1.循環伏安測試參數設置初始電位，設定的起始電壓高電位，電壓窗口的最高電壓低電位，電壓窗口的最低電壓截止電位，設定的終止電壓掃描方向，第一步是正向還是負向掃描速度，一般0.0001V/s掃描段數，兩段是一圈響應間隔，隔多少V出一個點靜置時間，測量前體系靜置多長時間靈敏度，可以理解為縱坐標的量程自動靈敏度2.電化學阻抗EIS電化學阻抗譜（ElectrochemicalImpedanceSpectroscopy,簡稱EIS）：給電化學系統施加一個頻率不同的小振幅的交流信號，測量交流信號電壓與電流的比值（此比值即為系統的阻抗）隨正弦波頻率ω的變化，或者是阻抗的相位角Φ隨ω的變化。即測定不同頻率（f）的擾動信號X和響應信號Y的比值，得到不同頻率下阻抗的實部Z，、虛部Z，，、模值|Z|和相位角，然后將這些量繪制成各種形式的曲線，就得到EIS抗譜。Nyquistplot高頻區低頻區log|Z|/degBodeplot2.電化學阻抗EIS鋰離子電池中是電荷傳遞和擴散過程混合控制的EIS：電極上的反應：電極過程由電荷傳遞過程和擴散過程共同控制，電化學極化和濃差極化同時存在時，則電化學系統的等效電路可簡單表示為：CdRctRZWWarburg阻抗Warburg系數2.電化學阻抗EIS電路的阻抗：實部：虛部：（1）低頻極限.當足夠低時，實部和虛部簡化為：消去，得：Nyquist圖上擴散控制表現為傾斜角/4（45）的直線。2.電化學阻抗EIS（2）高頻極限.當足夠高時，含-1/2項可忽略，于是：Nyquist圖為半圓電荷傳遞過程為控制步驟時等效電路的阻抗2.電化學阻抗EIS電極過程由電荷傳遞和擴散過程共同控制時，其Nyquist圖是由高頻區的一個半圓和低頻區的一條45度的直線構成。高頻區為電極反應動力學（電荷傳遞過程）控制，低頻區由電極反應的反應物或產物的擴散控制。從圖可得體系R、Rct、Cd以及參數，與擴散系數有關，利用它可以估算擴散系數D。由Rct可計算i0和k0。2.電化學阻抗譜圖分析交流阻抗譜圖分為三個部分：高頻區→小半圓，中頻區→較大半圓，在低頻區→擴散區．一般認為:高頻區半圓→與鋰離子通過多層SEI膜擴散遷移相關；中頻區半圓→與電荷傳遞過程相關；低頻區斜線→與鋰離子在活性材料中的固態擴散相關；極低頻區垂線→與鋰離子在活性材料中的累積和消耗相關。高頻中頻低頻初始電位，設定的電勢條件，一般設定為開路電壓，則測定的是開路條件下的阻抗。若低于開路電壓，則是放電條件下的阻抗，反之則是充電。高頻率，給予交流擾動的最高頻率。低頻率，給予交流擾動的最低頻率。振幅，給予交流擾動的振幅大小，越小則得到的結果越精確，同時噪音信號也會越大。靜置時間，測量前體系靜置多長時間。2.電化學阻抗EIS參數設置2.電化學阻抗EIS等效電路及擬合3.電池測試循環性能測試：恒流充放電測試：例如：電流密度100mAg-1電流（mA）=電流密度（mAg-1）*活性物質質量（g）其中：活性物質質量（g）=（電極片質量-空箔質量）*配比中活性物質所占比例3.電池測試查看常用的繪圖3.電池測試數據保存及導出3.電池測試倍率性能測試：倍率定義（C）：用來表示電池充放電時電流大小的比率，即倍率。如1200mAh的電池，0.2C表示240mA（1200mAh的0.2倍率），1C表示1200mA（1200mAh的1倍率）。一般充放電電流的大小常用充放電倍率來表示，即：充放電倍率=充放電電流/額定容量透射光入射光散射光散射是光子與分子發生碰撞的結果拉曼光譜是研究分子和光相互作用的散射光的頻率4.拉曼光譜測試4.拉曼光譜測試用單色光照射透明樣品，大部分光透過而小部分光會被樣品在各個方向上散射。散射分為瑞利散射與拉曼散射兩種：瑞利散射：若光子與樣品分子發生彈性碰撞，即光子與分子之間沒有能量交換，光子的能量保持不變，散射光頻率與入射光相同，但方向可以改變。這是彈性碰撞，叫瑞利散射。拉曼散射：當光子與分子發生非彈性碰撞時，產生拉曼散射。4.拉曼光譜測試斯托克斯線：處于振動基態的分子在光子作用下，激發到較高的不穩定的能態（虛態）后又回到較低能級的振動激發態。此時激發光能量大于散射光能量，產生拉曼散射的斯托克斯線，散射光頻率小于入射光。反斯托克斯線：若光子與處于振動激發態（V1）的分子相互作用，使分子激發到更高的不穩定能態后又回到振動基態（V0）,散射光的能量大于激發光，產生反斯托克斯散射，散射光頻率大于入射光。4.拉曼光譜測試基本原理

h

E0E1V=1V=0h0h0h0h(0+

)E1+h0E0+h0h(0-

)激發虛態瑞利散射：彈性碰撞，無能量交換，僅改變方向；拉曼散射：非彈性碰撞；方向改變且有能量交換；E0基態，E1振動激發態；E0+h0

，

E1+h0激發虛態；獲得能量后，躍遷到激發虛態。瑞利散射拉曼散射4.拉曼光譜測試拉曼散射：拉曼散射的兩種躍遷能量差：

E=h(0-)產生stokes線；強；基態分子多；

E=h(0+)產生anti-stokes線；弱；拉曼位移：散射光頻率與入射光頻率差；h(0+

)E0E1V=1V=0E1+h0E2+h0

h

h0h(0-

)ANTI-STOKES0-

RayleighSTOKES0+

0對不同物質：不同；對同一物質：與入射光頻率無關；表征分子振-轉能級的特征物理量；定性與結構分析的依據；拉曼散射的產生：光電場E中，分子產生誘導偶極距=E；分子極化率；4.拉曼光譜測試拉曼位移拉曼光譜的橫坐標為拉曼位移，以波數表示。其中和分別為Stokes位移和入射光波數。縱坐標為拉曼光強。4.拉曼光譜測試紅外活性和拉曼活性振動①紅外活性振動

ⅰ永久偶極矩；極性基團；

ⅱ瞬間偶極矩；非對稱分子；紅外活性振動—伴有偶極矩變化的振動可以產生紅外吸收譜帶。②拉曼活性振動誘導偶極矩=E

非極性基團，對稱分子；拉曼活性振動—伴隨有極化率變化的振動。對稱分子