德國(guó)EL-CELL電化學(xué)膨脹儀ECD-4-nano技術(shù)交流

在電池材料研發(fā)中，電極在充放電過(guò)程中的微觀體積變化是衡量其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、分析失效機(jī)制的關(guān)鍵參數(shù)之一。德國(guó)EL-CELL公司推出的ECD-4-nano電化學(xué)膨脹儀，正是為滿足高精度、原位監(jiān)測(cè)這一需求而設(shè)計(jì)的儀器。

一、 品牌與產(chǎn)品概述

德國(guó)EL-CELL公司長(zhǎng)期專注于電化學(xué)測(cè)試領(lǐng)域，其產(chǎn)品主要服務(wù)于電池材料研究與開發(fā)。公司提供一系列用于實(shí)驗(yàn)室級(jí)測(cè)試的設(shè)備與配件，旨在為科研人員提供可量化、可重復(fù)的電化學(xué)表征方案。其產(chǎn)品線圍繞電池測(cè)試的各個(gè)環(huán)節(jié)構(gòu)建，從電極制備、封裝到原位分析。

主要產(chǎn)品類型：

電化學(xué)膨脹儀、三電極測(cè)試電池、扣式電池測(cè)試夾具、軟包電池測(cè)試夾具、多通道恒電位儀/恒電流儀、阻抗分析儀、測(cè)試設(shè)備對(duì)接站、電池測(cè)試系統(tǒng)控制與分析軟件、電極制備工具（如切割機(jī)）、參比電極與電解池配件。

主要產(chǎn)品型號(hào)：

? ECD-4-nano（高分辨率電化學(xué)膨脹儀）

? PAT-Cell-Test（標(biāo)準(zhǔn)三電極測(cè)試電池）

? PAT-Cell-Exploration（多用途三電極測(cè)試電池）

? PAT-Cell-Force（可施加可控壓力的測(cè)試電池）

? PAT-Cell-Presso（帶壓力傳感器的測(cè)試電池）

? PAT-Tester-x（模塊化多通道恒電位儀系統(tǒng)）

? PAT-Stand-1（通用型測(cè)試設(shè)備對(duì)接站）

? ECC-Opto（用于光學(xué)觀測(cè)的電池）

? EL-Cut（精密電極切割工具）

? ECC-LiPunch（鋰金屬電極沖壓工具）

二、 ECD-4-nano產(chǎn)品介紹與技術(shù)參數(shù)

ECD-4-nano是一款用于同步測(cè)量電化學(xué)信號(hào)與電極厚度微小變化的原位分析儀器。它能夠在對(duì)電池進(jìn)行充放電測(cè)試的同時(shí)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并記錄工作電極或全電池堆的膨脹與收縮行為。

工作原理：

儀器核心是一個(gè)集成了高精度位移傳感器的密封電化學(xué)測(cè)試腔體。待測(cè)的電極片作為工作電極，其厚度變化會(huì)通過(guò)一個(gè)柔性的金屬隔膜傳遞至外部的電容式位移傳感器。該傳感器通過(guò)檢測(cè)平行板電容的微小變化，將其轉(zhuǎn)化為厚度位移數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)納米級(jí)形變的追蹤。整個(gè)過(guò)程與電化學(xué)工作站同步進(jìn)行，確保數(shù)據(jù)的時(shí)間關(guān)聯(lián)性。

主要技術(shù)參數(shù)：

? 傳感器類型：電容式位移傳感器

? 測(cè)量范圍：250 微米

? 分辨率：≤ 5 納米

? 電極直徑：10 毫米

? 壓力傳感器：0 至 3 bar（壓力）

? 溫度監(jiān)測(cè)：-20 至 80 °C

? 施加力范圍：約 1 至 15 牛頓（可調(diào)）

? 操作溫度：-20 至 80 °C（測(cè)試腔體）

三、 核心特點(diǎn)

? 高分辨率的原位測(cè)量：電容傳感器實(shí)現(xiàn)了≤5納米的厚度分辨率，能夠捕捉到電極材料在鋰離子嵌入/脫出初期階段的細(xì)微形變，與電化學(xué)數(shù)據(jù)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)對(duì)應(yīng)。

? 靈活的測(cè)試模式：通過(guò)更換內(nèi)部組件，可在“半電池模式”（測(cè)量單個(gè)電極對(duì)鋰金屬的膨脹）和“全電池模式”（測(cè)量正負(fù)極組成的全電池堆膨脹）之間切換，適應(yīng)不同實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?/span>

? 集成化與可控環(huán)境：儀器內(nèi)置了溫度和壓力傳感器，允許用戶在可控的機(jī)械壓力和環(huán)境條件下進(jìn)行測(cè)試，提升了數(shù)據(jù)的可比性和重復(fù)性。

? 與電化學(xué)工作站協(xié)同：設(shè)計(jì)上與EL-CELL的PAT系列測(cè)試系統(tǒng)兼容，可實(shí)現(xiàn)一鍵識(shí)別和同步控制，簡(jiǎn)化了復(fù)雜的多設(shè)備聯(lián)用操作。

四、 主要應(yīng)用領(lǐng)域

? 鋰離子電池電極材料開發(fā)：定量評(píng)估硅碳復(fù)合負(fù)極、高鎳正極等新型材料在循環(huán)過(guò)程中的體積變化率，為材料改性（如包覆、摻雜）提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)。

? 固體電解質(zhì)界面（SEI）膜研究：監(jiān)測(cè)電池充放電過(guò)程中，由于SEI膜形成與生長(zhǎng)導(dǎo)致的電極厚度不可逆增長(zhǎng)，輔助研究電解液添加劑的作用。

? 電池失效機(jī)理分析：通過(guò)分析長(zhǎng)期循環(huán)中電極膨脹曲線的異常趨勢(shì)，關(guān)聯(lián)電池容量衰減，可用于研究析鋰、電極粉化、集流體腐蝕等失效問(wèn)題。

? 工藝參數(shù)優(yōu)化：研究不同電極壓實(shí)密度、粘結(jié)劑體系對(duì)電極機(jī)械穩(wěn)定性和膨脹行為的影響，為電池制造工藝提供參考。

? 新興電池體系研究：同樣適用于鈉離子電池、鉀離子電池等新型電化學(xué)體系，用于研究相應(yīng)電極材料的體積效應(yīng)。