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锂离子电池二维电化学模型理论总结

2023-11-04 09:12:35

锂离子电池二维电化学模型理论总结


锂离子电池在充放电过程中,电池极片内部的电化学过程具体包括三个方面:

一,电子的传输:(1)电子在集流体与电极界面的传导;(2)多孔电极中的电子传导,传导路径为电极涂层中的固体组分,主要包含两个部分:活物质颗粒相和导电剂三维网络。在正极极片中,活物质颗粒的电导率很低,电子传导主要通过与粘结剂胶合在一起导电剂网络传输,导电网络分布在活性物质颗粒之间。因此,极片中电子的迁移通道由导电剂三维网络骨架组成,传导速率主要取决于涂层与集流体的界面结合状态,涂层中导电剂分布状态等因素。


二,锂离子的传输:(1)锂离子在电极孔隙的电解液中的传输过程;(2)锂通过SEI膜的扩散过程;(3)锂在电极材料固体颗粒内部的扩散。


三,电极/电解液界面处发生电荷交换:(1)电荷在电解液/电极界面的交换,伴随着电化学反应;(2)赝电容,在界面处形成双电子层。


锂离子电池伪二维(P2D)电化学模型示意图如图1所示,各线段分别表示铜集流体,负极涂层,隔膜,正极涂层,铝集流体。模型主要通过5个方程描述电化学反应过程。


(1)固相导电:电子的传导遵循欧姆定律;


(2)液相传质:锂离子在电解液传输,包括扩散,采用修正的菲克第二定律描述;迁移。


(3)固相扩散:锂离子在固体颗粒的扩散遵循菲克第二定律;


(4)液相导电:锂离子在电解液中传输所形成电流与电势的关系式;


(5)电极反应:在电解液-固体电极界面的电极反应采用Bulter-Volmer公式描述,电极中固相和液相的过电势是反应动力。


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