电池参数对EIS阻抗谱的影响【用模拟验证电池电化学测试的适用性4】
建立了Li||NMC622电池P2D模型，几何线段模型包括隔膜、正极和正极集流体。根据这个模型来模拟研究电池电化学测试的适用性。这个模型直观展示电池参数对EIS阻抗谱的影响。模型中考虑了下面这些阻抗因素：①ks_eletrolyte (电解液离子电导率)=12 mS/cm②D_eletrolyte (电解液锂扩散系数)=7.5e-10 m^2/s③t_eletrolyte (电解迁移数液锂离子)=0.363④Ks_pos (正极涂层电子电导率)=10 mS/cm⑤Ds_pos (NMC622颗粒锂扩散系数)=1e-13 m^2/s⑥R_Al_coat (正极集流体界面电阻)=0.1 mΩ*m^2⑦cdl_Al (Al集流体界面电容)==0.1 F/m^2⑧R_NMC (NMC颗粒界面CEI膜电阻)=10 mΩ*m^2⑨cdl_pos (正极涂层双层电容)=0.5 F/m^2⑩i0ref_pos (正极反应参考临界电流密度)=10 A/m^2 保持其他参数不变，依次改变以上这些参数中的一个，研究对应参数对EIS阻抗谱的影响，具体的结果如下： （1）ks_eletrolyte (电解液离子电导率)，参数值分别设置为6、12和18 mS/cm，模拟的EIS阻抗谱如图1所示。阻抗谱主要在实轴方向上平移，对EIS谱形状影响不大。图1 电解液离子电导率对EIS的影响 （2）D_eletrolyte (电解液锂扩散系数)，参数值分别设置为3 e-10、5 e-10和7.5e-10 mS/cm，模拟的EIS阻抗谱如图2所示。阻抗谱主要在最低频率段的直线部分有差别，对EIS谱其他频率段没有影响。图2 电解液锂扩散系数对EIS的影响 （3）Ks_pos (正极涂层电子电导率)，参数值分别设置为1、10和100 mS/cm，模拟的EIS阻抗谱如图3所示。随着电子电导率增加，阻抗谱向实轴更小的方向平移，阻抗谱第一个半圆直径逐步减小。图3 涂层电子电导率对EIS的影响 （4）Ds_pos (NMC622颗粒锂扩散系数)，参数值分别设置为5e-14、1e-13和5e-13 m^2/s，模拟的EIS阻抗谱如图4所示。随着固相扩散系数增加，阻抗谱主要低频率段的直线部分发生变化，顺带稍微第二个半圆形状，对第一个半圆没有影响。图4 涂层电子电导率对EIS的影响 （5）R_Al_coat (正极集流体界面电阻)，参数值分别设置为0.01、0.1和1 mS*m^2，模拟的EIS阻抗谱如图5所示。随着涂层与集流体界面接触电阻增加，阻抗谱主要第一个半圆发生变化，与实轴的交点向更大阻抗移动，同时第一个半圆直径变小。图5 正极集流体界面电阻对EIS的影响 （6）cdl_Al (Al集流体界面电容)，参数值分别设置为0.01、0.1和1 F/m^2，模拟的EIS阻抗谱如图6所示。随着Al集流体界面电容降低，阻抗谱第一个半圆和第二个半圆更具有半圆的形状，其他部分不变化。图6 Al集流体界面电容对EIS的影响 （7）R_NMC (NMC颗粒界面CEI膜电阻)，参数值分别设置为1、10和1 00 mΩ*m^2，模拟的EIS阻抗谱如图7所示。NMC颗粒界面CEI膜电阻为10 mΩ*m^2时，阻抗谱出现两个明显的半圆。当NMC颗粒界面CEI膜电阻降低到1 mΩ*m^2时，EIS阻抗谱只有一个很小的半圆；当NMC颗粒界面CEI膜电阻增加到100 mΩ*m^2时，EIS阻抗谱只有一个很大的半圆。图7 NMC颗粒界面CEI膜电阻对EIS的影响 （8）cdl_pos (正极涂层双层电容)，参数值分别设置为0.05、0.5和5 F/m^2，模拟的EIS阻抗谱如图8所示图8 N正极涂层双层电容对EIS的影响 （9）i0ref_pos (正极反应参考临界电流密度)，参数值分别设置为1、10和100 A/m^2，模拟的EIS阻抗谱如图9所示。随着正极反应参考临界电流密度增加，阻抗谱第二个半圆直径增加，对第一个半圆没有影响。图9 正极反应参考临界电流密度对EIS的影响 以上个人分析，仅供参考。具体模型和参数如下图所示，如果感兴趣可留言设定参数值，可回复具体模拟结果。后面将继续更多分析，欢迎持续关注。来源：锂想生活
