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定量优化锂电池极片微观结构解析

来源:新能源汽车网
时间:2017-05-07 06:30:47
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定量优化锂电池极片微观结构解析电动汽车长续航里程对动力电池提出了更高的能量密度要求,市场和基础设施情况同时又要求动力电池具有良好的倍率特性,而这两者是相互矛盾的。如何在较高的能量密

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

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

如何在高能量密度下实现倍率特性?定量优化锂电池极片微观结构解析(1)

其中,ε为孔隙率,

如何在高能量密度下实现倍率特性?定量优化锂电池极片微观结构解析

为活物质体积分数,

如何在高能量密度下实现倍率特性?定量优化锂电池极片微观结构解析

为碳胶相体积分数。

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

如何在高能量密度下实现倍率特性?定量优化锂电池极片微观结构解析(2)

如何在高能量密度下实现倍率特性?定量优化锂电池极片微观结构解析(3)

其中,

如何在高能量密度下实现倍率特性?定量优化锂电池极片微观结构解析

锂离子的有效电导率;

如何在高能量密度下实现倍率特性?定量优化锂电池极片微观结构解析

电子的有效电导率;

如何在高能量密度下实现倍率特性?定量优化锂电池极片微观结构解析

电解液中锂离子的电导率;

ε 极片涂层中的孔隙率;

如何在高能量密度下实现倍率特性?定量优化锂电池极片微观结构解析

孔隙迂曲度,连同孔隙的曲线通道长度与宏观入口-出口直线距离比值的平方;

如何在高能量密度下实现倍率特性?定量优化锂电池极片微观结构解析

活物质体积分数;

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活物质颗粒相的迂曲度;

如何在高能量密度下实现倍率特性?定量优化锂电池极片微观结构解析

电子在活物质材料中的电导率;

如何在高能量密度下实现倍率特性?定量优化锂电池极片微观结构解析

碳胶相体积分数;

如何在高能量密度下实现倍率特性?定量优化锂电池极片微观结构解析

碳胶相的迂曲度;

如何在高能量密度下实现倍率特性?定量优化锂电池极片微观结构解析

电子在碳胶相中的电导率;

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