一种液相单位厚度离子电阻的测量方法及电极迂曲度测量方法技术

本发明专利技术公开了一种液相单位厚度离子电阻的测量方法及电极迂曲度测量方法，该液相单位厚度离子电阻的测量方法包括下述步骤：获取待测极片，将所述待测极片组合成对称电池；对称电池进行电化学阻抗谱EIS测试，获取电化学阻抗谱EIS测试得到的对称电池总阻抗；基于最小二乘法或启发式算法对对称电池总阻抗进行优化；解析阻抗谱得到待测极片的离子电阻和电子电阻，分离得到待测极片中液相单位厚度离子电阻。本发明专利技术基于解析阻抗谱精确定量极片的离子电阻和电子电阻，分解对称电池总阻抗得到极片中液相单位厚度离子电阻，解决了现有技术中电子电阻难以测得获取的问题，使得离子电阻以及电池总阻抗的测量结果更加准确。电池总阻抗的测量结果更加准确。电池总阻抗的测量结果更加准确。

【技术实现步骤摘要】
一种液相单位厚度离子电阻的测量方法及电极迂曲度测量方法


[0001]本专利技术涉及锂离子电池测量
，具体涉及一种液相单位厚度离子电阻的测量方法及电极迂曲度测量方法。

技术介绍

[0002]在动力电池领域，设计低成本、高寿命、高容量电池仍然是一个具有挑战性的问题，优化电极微观结构能够有效增强电极内的电子和离子传输特性，从而有效提升电池的能量密度与倍率性能，要优化电池多孔电极的微观结构，其中最重要的一步是明确多孔电极内电子和离子传输特性与电极复杂微观结构的关系，根据多孔电极理论，多孔电极内的有效液相扩散系数D
eff
与有效电导率k
eff
与孔隙率ε、迂曲度τ的关系如下：
[0003][0004][0005]由此可知，在测试获得孔隙率、电解液的本征扩散系数D、本征电导率k与迂曲度τ后就可以有效定量分析多孔电极结构对传输特性的影响；
[0006]关于迂曲度测量方法，目前主要应用于岩石样品的测量，在专利公开号为CN113984589A的一种计算岩石迂曲度和气体扩散系数的方法中，利用核磁共振测量全包和岩心弛豫时间的方法来测量岩石的曲度和气体扩散系数，以及提出使用扫描电镜SEM拍摄岩石样品的表面形貌，根据SME图片提取面孔率，再结合压汞法测得的孔隙率计算迂曲度。上述方法需要使用核磁设备、压汞仪等专业设备，导致测试费效比低，而且都不适用于薄层的电池极片。
[0007]在专利公开号为CN110333461A的一种曲折度表征电解液浸润性的方法中，使用对称电池的EIS数据末端延长线交于阻抗实轴来估算离子电阻，再根据估算得到的离子电阻计算极片迂曲度。该方法的使用前提条件是：需要使用新鲜的电极片，在理想的阻塞电极条件下且忽略极片电子电阻；只有条件都满足时才能利用EIS数据末端延长线交于阻抗实轴来估算离子电阻，而且该方法并非准确定量，延长线得到的只是一个近似值，该方法难以区分结构变化较小的情况。
[0008]因此，亟需一种能够应用于电池极片并能够实现准确测量电极迂曲度的测量技术。

技术实现思路

[0009]为了克服现有技术存在的缺陷与不足，本专利技术提供一种液相单位厚度离子电阻的测量方法及电极迂曲度测量方法，该方法基于解析电化学阻抗谱精确定量极片的离子电阻和电子电阻，分解对称电池总阻抗得到极片中液相单位厚度离子电阻，在解析电化学阻抗谱时考虑极片的电子电阻，能够得到更加真实有效的迂曲度测量结果。
[0010]为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0011]一种液相单位厚度离子电阻的测量方法，包括下述步骤：
[0012]获取待测极片，将所述待测极片组合成对称电池；
[0013]所述对称电池进行电化学阻抗谱EIS测试，获取电化学阻抗谱EIS测试得到的对称电池总阻抗；
[0014]基于最小二乘法或启发式算法对对称电池总阻抗进行优化；
[0015]解析阻抗谱得到待测极片的离子电阻和电子电阻，分离得到待测极片中液相单位厚度离子电阻。
[0016]作为优选的技术方案，所述基于最小二乘法或启发式算法对对称电池总阻抗进行优化，优化过程的目标函数表示为：
[0017][0018]其中，Object表示目标函数，优化过程中目标函数取最小值，Z
total_exp_
表示对称电池测试所得总阻抗实部值，Z
total_sim_real
表示计算所得总阻抗实部值，Z
total_exp_
表示对称电池测试所得总阻抗虚部值，Z
total_sim_imag
表示计算所得总阻抗虚部值，k表示测试过程中测试频率总采样个数。
[0019]作为优选的技术方案，所述分离得到待测极片中液相单位厚度离子电阻，具体计算方式表示为：
[0020]Z
total
＝n
·
Z
el
+R
sep
[0021][0022][0023]其中，Z
total
表示对称电池总阻抗，单位为Ω；n表示极片层数；Z
el
表示单层极片阻抗，单位为Ω；R
sep
表示对称电池中隔膜域离子电阻，单位为Ω；R
e
表示极片中固相单位厚度电子电阻，单位为Ω/cm；R
i
表示极片中液相单位厚度离子电阻，单位为Ω/cm；Z
t
表示极片中固液界面阻抗，单位为Ω/cm；δ为单层极片活性物质厚度，单位为cm；γ表示中间参量。
[0024]作为优选的技术方案，还包括待测极片荷电状态的判断步骤，具体包括：
[0025]当判定待测极片荷电状态为：SOC＝0或SOC＝1时，极片中固液界面阻抗的计算公式表示为：
[0026][0027]当判定待测极片荷电状态为：0<SOC<1时，极片中固液界面阻抗的计算公式表示为：
[0028][0029]其中，SOC表示待测极片荷电状态，C
dl
表示极片单位长度固液界面双电层电容，单位为F/cm；R
ct
表示极片单位长度固液界面电荷转移阻抗，单位为Ω/cm；p表示非理想电容修正指数，j表示虚数单位。
[0030]作为优选的技术方案，所述对称电池内注有电解液，当所述电解液采用锂盐电解液时，根据待测极片的荷电状态选择极片中固液界面阻抗的计算方法；
[0031]当所述电解液采用非锂盐电解液时，极片中固液界面阻抗的计算公式表示为：
[0032][0033]作为优选的技术方案，所述对称电池采用叠片式，对称电池中的待测极片为至少一对，均为正极片或均为负极片。
[0034]作为优选的技术方案，所述待测极片的形状采用规则形状。
[0035]一种电极迂曲度测量方法，设有上述液相单位厚度离子电阻的测量方法，还包括：
[0036]计算待测极片的孔隙率及厚度，计算待测极片垂直于集流体的横截面积及电解液电导率，并结合待测极片中液相单位厚度离子电阻，基于多孔电极模型计算得到待测极片迂曲度。
[0037]作为优选的技术方案，基于多孔电极模型计算得到待测极片迂曲度，具体表示为：
[0038]τ＝ε
·
R
i
··0[0039]其中，τ表示待测极片迂曲度，ε表示极片孔隙率，R
i
表示极片中液相单位厚度离子电阻，单位为Ω；A表示待测极片垂直于集流体的横截面积，单位为cm^2；κ0表示电解液电导率，单位为S/cm。
[0040]作为优选的技术方案，孔隙率具体计算公式表示为：
[0041][0042]其中，ρ
cd
表示压实密度，单位为g/cm^3；ρ
td
表示真密度，单位为g/cm^3。
[0043]本专利技术与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
[0044](1)因为电子电阻难以测得获取，在现有的电池阻本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种液相单位厚度离子电阻的测量方法，其特征在于，包括下述步骤：获取待测极片，将所述待测极片组合成对称电池；所述对称电池进行电化学阻抗谱EIS测试，获取电化学阻抗谱EIS测试得到的对称电池总阻抗；基于最小二乘法或启发式算法对对称电池总阻抗进行优化；解析阻抗谱得到待测极片的离子电阻和电子电阻，分离得到待测极片中液相单位厚度离子电阻。2.根据权利要求1所述的液相单位厚度离子电阻的测量方法，其特征在于，所述基于最小二乘法或启发式算法对对称电池总阻抗进行优化，优化过程的目标函数表示为：其中，Object表示目标函数，优化过程中目标函数取最小值，Z
total_exp_
表示对称电池测试所得总阻抗实部值，Z
total_sim_real
表示计算所得总阻抗实部值，Z
total_exp_
表示对称电池测试所得总阻抗虚部值，Z
total_sim_imag
表示计算所得总阻抗虚部值，k表示测试过程中测试频率总采样个数。3.根据权利要求1所述的液相单位厚度离子电阻的测量方法，其特征在于，所述分离得到待测极片中液相单位厚度离子电阻，具体计算方式表示为：Z
total
＝n
·
Z
el
+R
sepsep
其中，Z
total
表示对称电池总阻抗，单位为Ω；n表示极片层数；Z
el
表示单层极片阻抗，单位为Ω；R
sep
表示对称电池中隔膜域离子电阻，单位为Ω；R
e
表示极片中固相单位厚度电子电阻，单位为Ω/cm；R
i
表示极片中液相单位厚度离子电阻，单位为Ω/cm；Z
t
表示极片中固液界面阻抗，单位为Ω/cm；δ为单层极片活性物质厚度，单位为cm；γ表示中间参量。4.根据权利要求3所述的液相单位厚度离子电阻的测量方法，其特征在于，还包括待测极片荷电状态的判断步骤，具体包括：当判定待测极片荷电状态为：S...

【专利技术属性】
技术研发人员：王卓，陈娟，曹林燊，
申请(专利权)人：广州巨湾技研有限公司，
类型：发明
国别省市：