原位拉曼電解池憑借“實(shí)時(shí)監(jiān)測+電化學(xué)調(diào)控”的雙重優(yōu)勢(shì)，成為鋰離子電池機(jī)理研究的核心工具，其能在充放電過程中捕捉電極材料的微觀結(jié)構(gòu)變化，為高容量、長壽命電池研發(fā)提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)。?
在正極材料研究中，原位拉曼電解池可追蹤鋰離子嵌入/脫出的動(dòng)態(tài)過程。以磷酸鐵鋰(LFP)為例，充放電時(shí)其特征峰(1330 cm?¹和960 cm?¹)會(huì)隨鋰含量變化發(fā)生位移：充電至4.2V時(shí)，960 cm?¹峰逐漸消失，對(duì)應(yīng)Fe³?生成；放電過程中該峰重新出現(xiàn)，標(biāo)志Li?重新嵌入。通過分析峰位移動(dòng)速率，可精準(zhǔn)計(jì)算鋰離子擴(kuò)散系數(shù)，為優(yōu)化材料粒徑和孔隙結(jié)構(gòu)提供依據(jù)。對(duì)于三元材料(NCM)，原位監(jiān)測能捕捉過渡金屬離子價(jià)態(tài)變化引發(fā)的峰強(qiáng)波動(dòng)，提前預(yù)警材料結(jié)構(gòu)坍塌風(fēng)險(xiǎn)。?
負(fù)極材料的相變監(jiān)測依賴原位拉曼的高靈敏度。石墨負(fù)極在嵌鋰過程中，1580 cm?¹(G峰)和1350 cm?¹(D峰)的強(qiáng)度比會(huì)逐漸變化，當(dāng)形成LiC?時(shí)G峰位移至1570 cm?¹，這一特征可用于判斷嵌鋰程度。對(duì)于硅基負(fù)極，原位拉曼能實(shí)時(shí)記錄800 cm?¹附近峰的寬化過程，反映體積膨脹導(dǎo)致的非晶化轉(zhuǎn)變，幫助篩選合適的緩沖涂層材料。?
電解液分解與界面反應(yīng)的研究是其另一重要應(yīng)用。在高電壓電池體系中，原位拉曼可捕捉電解液在正極表面分解的特征峰(如碳酸酯的1780 cm?¹峰減弱)，結(jié)合電化學(xué)阻抗譜，能區(qū)分SEI膜與CEI膜的形成階段。當(dāng)添加氟代添加劑時(shí)，監(jiān)測到830 cm?¹處新峰生成，可證實(shí)含氟保護(hù)層的形成，為電解液配方優(yōu)化提供直接證據(jù)。?
實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)需滿足電池工作條件：采用三電極體系(工作電極、對(duì)電極、參比電極)，窗口材料選用石英或藍(lán)寶石(耐電解液腐蝕且透光性好)，溫度控制在25-55℃模擬實(shí)際工況。測試時(shí)需平衡激光功率(通常5-10 mW)，避免熱效應(yīng)影響電池性能。?
原位拉曼電解池的應(yīng)用突破了傳統(tǒng)離線分析的局限性，使研究人員能直觀觀察電池內(nèi)部的動(dòng)態(tài)演化，目前已成為固態(tài)電解質(zhì)界面研究、快充機(jī)理分析的標(biāo)配工具，推動(dòng)鋰離子電池技術(shù)從經(jīng)驗(yàn)研發(fā)向精準(zhǔn)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變。?
