锂电池P2D模型参数获取：平衡电势

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在锂离子电池伪二维模型中，Bulter-Volmer方程描述电解液/活性颗粒界面的电极反应速率：

式中，as是固相反应活性面积，i0是交换电流密度，表示反应过电势，表示固相与电解液相电位势之差减去固相热动力学平衡电位U，即：

模型中任意时刻某一点的固相电势和液相电势通过之前介绍的方程求得，而平衡电位U是模型需要输入的参数。活性材料的平衡电位（开路电压）与嵌锂量的关系曲线是电极材料的重要特性，反应电极材料的电化学性能，已知材料的锂浓度，根据开路电压曲线就得到了平衡电势，从而求得过电势。

电极材料的平衡电势测试过程为：电极材料制备成极片，与金属锂组装成纽扣半电池，测得纽扣半电池在不同的SOC状态下的开路电压，并采用多项式或高斯拟合等确定开路电压曲线的数学表达式。开路电压测试方法主要包括：

（1）小电流充放电曲线，以特别低的倍率（如0.01C）电流恒流充放电，设置电压上下限范围，得到电池小电流充放电曲线，将电量一致的点作为曲线起点，对充放电曲线中的电压取平均值，将曲线的横坐标按照理论容量进行归一化处理，然后利用曲线拟合得到开路电压曲线。

（2）恒电流间歇滴定技术（galvanostatic intermittent titration technique，GITT），基本原理是在某一特定环境下对测量体系施加一恒定电流并持续一段时间后切断该电流，观察施加电流段体系电位随时间的变化以及弛豫后达到平衡的电压（即开路电压）。GITT测试举例如下：（i）在C/50下充电直到电压达到上限电压，如4.2 V；（ii）静置2小时；（iii）1C放电6min，记录放电容量；（iv）静置15min，记录电压；（v）重复步骤（iii）和（iv）共9次；（vi）在C/50下放电直到电压达到下限电压，如3.0V；（vii）将步骤（iii）和（iv）记录的容量-电压曲线，归一化处理，做成SOC-电压曲线，拟合得到开路电压曲线的数学表达式。

图1 多项式拟合开路电压曲线：左侧正极，右侧负极

来源：锂想生活

化学理论材料

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首次发布时间：2023-09-18