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编辑:华体会体育|官方首页时间:2022-08-19 10:48点击量:86

  池提出了更高的能量密度要求电动汽车长续航里程对动力电,求动力电池具有良好的倍率特性市场和基础设施情况同时又要,相互矛盾的而这两者是。实现电池良好的倍率特性如何在较高的能量密度下,解电池极片的机理这需要从微观上理,化电池设计从下至上优。

  可看成一种复合材料锂离子电池极片涂层,)活性物质颗粒(act)主要由三部分组成:(1;互混合的组成相(碳胶相(2)导电剂和黏结剂相,b)su;)孔隙(3,电解液填满。此因,极片涂层对于电,由式(1)表示各相的体积关系:

  电子、离子的传导特性密切相关而电池的倍率特性主要与极片中,电极理论中宏观的多孔,可由式(2)、式(3)计算锂离子、电子的有效电导率:

  2)可见从公式(,观结构方面在电极微,的孔隙率和孔隙迂曲度相关锂离子的电导率主要与极片,解液的体积分数孔隙率意味着电。孔隙率时当增加,华体会hth登录入口-手机版下载电导率升高锂离子的,电导率下降但是电子的,响容量也会影。的形貌、极片制备工艺相关而孔隙的迂曲度与活物质。度的厚电极极片设计特别对于高能量密,的迂曲度控制孔隙,电子的电导率提高离子和,常重要的这是非。模型中在标准,隙率由式(4)进行计算孔隙的迂曲度可基于孔。

  中其,1-=,eman指数为Brugg,试验验证理论和,1.5其值为,际的电极片微观结构但是这并没有考虑实。

  研究了钴酸锂正极极片、石墨负极极片日本京都大学Gen Inoue等人,重构了极片的三维微观结构采用FIB-SEM技术,锂离子和电子的有效电导率基于实际的重构结构计算了。定了重构极片结构的有效性计算值与试验结果对比确。后最,粒形状模型模拟电极微观结构通过不同的粘结剂模型和颗,些对比基于这,构与锂离子电导率的关系讨论了多孔电极微观结。

  00nm逐层切除获取160张截面照片采用FIB-SEM技术对电极涂层每5,三维微观结构然后重构电极。辨率为500nm重构结构像素分,率较高分辨,分辨率为1m左右一般XCT技术。电剂颗粒很小粘结剂和导,分辨无法,个混合相(碳胶相)因此将他们看成一。

  构图:(a)钴酸锂电极截面图1 电极涂层微观结构重,墨电极截面(b)石,重构三维结构(c)钴酸锂,重构三维结(d)石墨构

  涂层的微观结构重构图图1为锂离子电池电极,重构图基于此,层的孔隙率计算极片涂,实际量涂层的孔隙率另外使用He气测,下表所示其结果如。

  构结构分辨率为500nm误差产生的主要来源:重,的孔隙被忽略在此尺寸之下,包含了更小尺寸的孔隙而He测量的孔隙率。不是主要的离子传输通道本文认为小尺寸的孔隙,其忽略因此将。

  极中正,子导电率很小活性物质的电,不计忽略。极中负,电材料比例很小粘结剂相内导,子导电率忽略其电。此因,(5)、(6)、(7)计算离子、电子的电导率可由式。

  成半电池极片制作,抗谱EIS测量交流阻,电路模型采用等效。算出离子有效电导率从而通过试验数据计。布和电子浓度分布不考虑反应浓度分,作成半电池将极片制,的交流阻抗谱测量半电池,和b所示如图2a,体和隔膜相关的电阻Rsol是与集流,抗谱中交流阻,子有效电导率电阻45直线斜率是离,此因,迂曲度由式(8)计算离子有效电导率和孔隙:

  导电剂含量的电极片首先制备一系列不同,针法直接测量电阻(图2c)极片在一定的压力下采用四探,剂含量-电阻关系图将测量的结果作导电,阻值Rcont通过曲线时的电,由式(9)计算则电子电导率可:

  大于0.4时当导电剂含量,阻趋于常数值电极电子电,阻采用此常数值本文中电子的电。

  验值和基于重建结构的计算值的对比图2e是离子、电子有效电导率的实,曼模型的理论计算值另外给出了布拉格。验证了模型的有效性实验值和计算值接近,值和模拟值都要高而理论值比实验,电池倍率特性往往过高估计。

  抗谱试验测量离子有效电导率(a)(b)半电池交流阻;直接测量电子有效电导率(c)(d)在压力下;有效电导率计算值与试验测试值对(e)基于重构结构离子、电子比

  重构体的调整结构图3a是基于实际。三维重构结构基于实际的,孔隙界面体素尺寸通过改变碳胶相和,构进行调整对微观结,结构对比并与实际,锂离子电导率的影响理解正极中碳胶相对。孔隙和碳胶相的迂曲度对每一种结构计算了,计算离子的有效电导率以及根据公式(5)。

  拟生成的微观结构图3b是数值模,生成时模拟,颗粒是球形的假定活物质,中的粒径分布曲线尺寸满足图3b,全没有团聚活物质完,置位置随机设,55(此值与实际结构相近)直到体积分数达到设定值0.,种结构模型中保持不变活物质结构在后面几。于体积分数生成的而碳胶相也是基,四种结构形成以下:

  构:碳胶相没有团聚结构A 均匀涂层结,形成均匀厚度的涂层在活物质颗粒表面。

  相与活物质没有太强的亲和性结构B 随机组装结构:碳胶,团聚发生,成的活物质结构孔洞中团簇随机分布在前面生,孔隙尺寸确定团簇尺寸由。

  :碳胶相与活物质亲水性结合结构C 亲水性的结合结构,小于9接触角0

  :碳胶相与活物质疏水性结合结构D 疏水性的结合结构,大于9接触角0

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