[發明專利]一種基于雙層活性物質復合電極的鋰離子電池等效電路模型

在審

• 申請號: 201710870263.1
• 申請日: 2017-09-23
• 公開（公告）號: CN107609294A
• 公開（公告）日: 2018-01-19
• 發明（設計）人: 袁偉;羅健;閆志國;譚振豪;邱志強;黃詩敏;潘保有;湯勇
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司44102
• 代理人: 何淑珍

技術領域

本發明涉及鋰離子電池技術領域，具體涉及一種基于雙層活性物質復合電極的鋰離子電池等效電路模型。

背景技術

鋰離子電池屬于綠色高能可充電化學電源，具有電壓高、能量密度大、循環性能好、自放電小、無記憶效應等突出優點，在運載工具、便攜式電子設備、通信用后備電源、空間技術、國防工業等領域得到了廣泛應用。

然而，隨著電動汽車和移動電子設備的飛速發展，基于石墨材料的傳統鋰離子電池已經滿足不了人們對能源日益增加的需求。究其原因，石墨材料雖然有著導電性好、嵌鋰電位合適（0.15~0.25Ｖ）、資源豐富、價格低廉等優點，但其充當鋰離子電池活性物質時也有著不可忽略的缺點：理論比容量低（372mAh/g）和倍率性能差。 因此為了彌補這些缺點，廣大研究學者提出了各種優化策略，包括合成多元復合材料、制備分層活性物質、活性物質形貌的改性等。其中，制備分層活性物質的優化策略由于優化效果明顯、技術難度較低和成本低廉等優點引起了廣大學者的注意。

為了研究分層活性物質在鋰離子電池電化學性能提升方面的重要作用，最直接有效的方法是通過電化學阻抗譜法（electrochemical impedance spectroscopy，EIS）分析鋰離子在分層活性物質嵌入和脫出過程中的相關動力學參數，如電荷傳遞電阻、活性物質的電子電阻、擴散電阻以及鋰離子擴散遷移通過固體電解質相界面（solid electrolyte interface，SEI）膜的電阻等，從而反映鋰離子電池充放電過程中電極電位、溫度和充放電循環次數等的依賴關系，以及這些動力學參數對電極組成、電解液組成的依賴關系，進而闡明鋰離子電池的容量衰減機制以及優化鋰離子電池的循環性能和倍率性能的基本機理。在電化學阻抗譜法的分析過程中，等效電路模型對相關動力學參數的獲取有著重要的影響，具體表現為所選的等效電路模型的準確性直接影響通過擬合過程而獲得的動力學參數的精確度。對于電極具有多層活性物質的鋰離子電池，早已有很多研究學者對其電化學阻抗譜提出了通用的等效電路模型，然而這些通用的等效電路模型對活性物質具有特定層數的鋰離子電池普遍存在著擬合精度低、容易失真等現象。因此，針對活性物質特定的層數構建精確有效的等效電路模型成為了電化學阻抗譜法分析基于多層活性物質復合電極的鋰離子電池電化學行為的關鍵所在。

發明內容

為了解決通用等效電路模型對電極具有雙層活性物質的鋰離子電池擬合精度低、容易失真等問題，本發明提供了一種基于雙層活性物質復合電極的鋰離子電池等效電路模型。

本發明通過如下技術方案實現。

一種基于雙層活性物質復合電極的鋰離子電池等效電路模型，適用于電極具有雙層活性物質的鋰離子電池，其中活性物質形狀和種類不限。

一種基于雙層活性物質復合電極的鋰離子電池等效電路模型，所述的等效電路模型適用于電極具有雙層活性物質的鋰離子電池，所述的等效電路模型的組成單元主要包括電池的歐姆電阻R_e、第一電路單元301、第二電路單元302、第三路單元303、 第四電路單元304、 第五電路單元305和鋰離子在活性物質中累計或消耗的嵌入電容C_int；所述的歐姆電阻R_e、第一電路單元301、第二電路單元302、第三電路單元303、 第四電路單元304、 第五電路單元305和嵌入電容C_int的依次串聯。

進一步地，所述的第一電路單元301由第一層活性物質的電阻R_SEI1和電容C_SEI1并聯組成。

所述的第二電路單元302由第一層活性物質的電阻R_ct1和阻抗Z_w1串聯后與電容CPE₁并聯組成。

所述的第三電路單元303由第二層活性物質的電阻R_SEI2和電容C_SEI2并聯組成，所述的第四電路單元304由第二層活性物質的電阻R_ct2和阻抗Z_w2串聯后與電容CPE₂并聯組成。