中科海钠钠离子电池拆解数据

最近，公众号锂电之路开发了对称电池EIS-传输线模型(TLM)参数解析工具，专门用于对称电池电化学阻抗谱（EIS）的传输线模型（TransmissionLineModel）参数提取，辨识参数可进一步用于计算电极的迂曲度(Tortuosity)等关键材料参数。这里从头开始，介绍这个小工具。本人之前分享过用Excel计算交流阻抗谱。对于锂离子电池多孔电极，锂离子和电子在极片内部传输，并且在电极/电解液界面电子和离子相互作用，多孔电极的等效电路为传输线模型：其中，Re是电子相一定电极厚度内的电阻（包括任何颗粒间的接触电阻）；Rion是离子导电液相一定电极厚度内的电阻；ζ是浆料电子相和离子相之间界面的阻抗；Rc-e是集流体与涂层中颗粒之间的接触电阻；ζc-i是离子相与集流体之间的界面阻抗。假设电极是均匀的，在厚度方向上相同厚度内的电阻相等，电子相和离子相的平均厚度的电阻re和rion：式中，R电极整体厚度的电阻，δ是电极的厚度，A是电极横截面积，σ是离子电导率，κ是电子电导率。那么以上等效电路对应的阻抗计算公式为：其中，ξ为电子相和离子相相互作用的阻抗。当不存在氧化还原反应的情况下，电流只能通过对固体颗粒的双层电容充电而从电子相转移到离子相。这种电子和离子相互作用的阻抗由下式计算，对应等效电路如下。当电极中存在氧化还原反应时，电子相和离子相界面通过双电层和氧化还原反应相互作用。下式描述了在存在氧化还原对的情况下液-固界面的阻抗。rct单位厚度内的电荷转移电阻。传输线模型的EIS无法使用常规的ZSimDemo、ZView软件来拟合，可以通过excel也计算了以上两个电路的阻抗谱。无法拉第电流的电极阻抗存在法拉第电流的电极阻抗通常的锂离子电池EIS拟合过程中，假设电极内的电子传输阻抗很小而忽略该阻抗，采用简化的等效电路来拟合界面阻抗值，但是这些拟合无法精确区分电极内的电子电阻和离子电阻。但是，咱们常采用对称电池EIS来计算离子电导率，进而计算孔隙迂曲度。目前的做法就是将Nyquist图中的高频段和低频段的线性部分延长，分别与X轴相交，两个交点之间的差值乘以3，得到R_ion。这种方法误差比较大，更合理的方法应该采用传输线模型来拟合阻抗谱。但是，传输线模型的EIS无法使用常规的ZSimDemo、ZView软件来拟合。锂电之路开发的对称电池EIS-传输线模型(TLM)参数解析工具，专门用于对称电池电化学阻抗谱（EIS）的传输线模型（TransmissionLineModel）参数提取，辨识参数可进一步用于计算电极的迂曲度(Tortuosity)等关键材料参数。软件界面如下：工具通过最小化实验值与模型值之间的加权残差平方和来寻找最优参数，我利用这个工具拟合了自己的对称电池阻抗谱，结果比较符合预期。采用约80umd负极极片组装称对称电池，测试阻抗谱，然后拟合结果如下：===================================收敛状态:`ftol`terminationconditionissatisfied.代价函数:2.3013e-03卡方χ²=4.602688e-03约化χ²=4.037446e-05R²=0.999974自由度=114迭代次数=40------------------------------------------------拟合参数值:──────────────────────────────δ(cm)=8.000432e-03R₀(Ω)=1.000000e+00Rₑ(Ω/cm)=3.025216e+02Rᵢ(Ω/cm)=6.644339e+02C_dl(F/cm)=8.496189e-03p=9.344542e-01====================================这里各个参数的含义如下：计算迂曲度时，拟合得到的单位厚度离子电阻Ri乘以电极厚度就是总离子电阻，可用于计算迂曲度：参考文献【1】ElectrochemicalImpedanceSpectroscopyofMetalOxideElectrodesforEnergyApplications,ACSAppl.EnergyMater.2020,3,6698,AlexandriaR.C.Bredar,AmandaL.Chown,AndricusR.BurtonandByronH.Farnum【2】PetekTJ,HoytNC,SavinellRF,etal.CharacterizingSlurryElectrodesUsingElectrochemicalImpedanceSpectroscopy[J].JournaloftheElectrochemicalSociety,2016,163(1):A5001-A5009.‍‍来源：锂想生活