锂离子电池极片中的电流分布_电子

锂离子电池极片中的电流分布

2月前浏览1722

如果这是锂离子电池极片，厚度为h，左边是集流体，右边是隔膜。在厚度方向上有三个颗粒，每个颗粒上有一个反应位点。嵌锂时，电子从集流体传输至涂层内，从左至右，电流密度越来越小。离子从隔膜中的电解液传输至涂层内，从右至左，电流密度越来越小。厚度各处截面，电流密度是电子流和离子流之和，并且各处相等。

锂离子电池极片厚度上各处截面电流密度相等，并且是电子流和离子流之和。各处截面的电子和离子在颗粒界面发生电荷交换反应，比如第一个颗粒处，局部电子流Ie1等于离子流Ii1。假设颗粒表面的局部电流密度为Iloc，颗粒比表面积为av，那么，有：Ie1=Ii1=av*Iloc。

施加在电极上的总电流密度在集流体处等于电子电流密度，在隔膜处等于离子电流密度，并且是电极厚度上所有局部反应电流密度之和，可以积分求得。

假设电极是均匀的，理想情况下，各处局部反应电流密度应该相等，确保颗粒荷电状态SOC一致。因此，理想的电流密度分布应该是从集流体到隔膜，电子流线性降低；从隔膜到集流体，离子流线性降低。任意阻碍电子和离子传输的因素，都会导致局部反应电流密度不均匀，引起SOC不一致。比如影响电子传输的有集流体界面接触电阻、导电剂网络，影响离子传输的有电解液电导率、液相和固相扩散系数、电极孔隙结构、SEI/CEI膜阻等。

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来源：锂想生活

法拉第研究所开发的电池设计与计算Excell工具CAMS

今天，再分享一个法拉第研究所开发的电池设计与计算Excel工具CAMS。CAMS能够快速评估不同电池化学组成和电池结构的能量密度。此外，该模型还能作为教学工具，帮助理解电池中不同组成部分是如何影响其能量密度的，以及在实际应用规模上从电极活性材料到电池的能量密度变化。该EXCEL工具具备模拟工业中广泛使用的四种电池设计的能力，包括圆柱电池（Cylindrical）、软包电池（Pouch）、卷绕方形电池（Prismatic [wound]）和Z型叠片方形电池（Prismatic [Z-stacked]）。除此之外，工作簿还涵盖了五种重要的电池化学体系：锂离子（Li-ion）、钠离子（Na-ion）、锂硫（Li-Sulfur）、全固态电池（All solid-state cells）和混合固态电池（Hybrid solid-state cells）。公众号后台回复“CAMS”，小编将逐一提供该工具。 CAMS内置了包含40多种广泛使用的电极材料的数据库，以及一个包含200多种商业电池的数据库，提供了将模拟电池的结果与行业产品进行比较的能力。此外，我们还可以在Excel表格中添加新材料，以便在自己的建模工作中使用。CAMS非常灵活性和实用，是一个强大的电池设计与优化工具。 CAMS具体操作过程如下：计算结果如下：以下是两个应用案例，案例1：使用CAMS模型，计算了锂离子对不同负极厚度的石墨||NMC 622电池的能量密度。随着负极厚度的增加，电池能量（Wh）线性增加，而电池能量密度（Wh/kg）显示出渐近关系，收敛于约300 Wh/kg。案例2：使用CAMS模型，模拟三种不同电池化学体系的预期能量密度：NMC 811||石墨电池，NMC 811||锂电池和硫||锂电池。从下表数据中可知，不同化学体系下模型计算的电池能量密度与理论正极能量密度的比率变化情况。经过数十年的优化，镍锰钴（NMC）||石墨电池可以达到理论能量密度的26%。而使用锂金属负极，镍锰钴（NMC）||锂电池可以将这一比例提升至42%，然而，目前锂硫（Li-S）电池仅实现了约15%的理论能量密度。虽然锂硫电池仍在优化过程中，但由于阴极方面的固有限制，它们在不久的将来达到理论能量密度的42%的可能性不大。公众号后台回复“CAMS”，小编将逐一提供该工具。公众号持续更新和分享锂电技术知识与资讯，终于获得了留言功能，前往屏幕最下方即可写下留言，期待与大家更多地留言互动交流，感谢朋友们继续支持与关注。更多的内容，也可以在公众号搜索阅读请大家继续支持本公众号，并提出宝贵的意见，期望朋友们在这里有所收获。来源：锂想生活