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题名电极界面微观结构对固态锂离子电池性能的影响
被引量：1
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作者
郝增辉
刘训良
孟缘
孟楠
温治
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机构
北京科技大学能源与环境工程学院
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出处
《储能科学与技术》
CAS
CSCD
北大核心
2023年第7期2095-2104,共10页
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基金
国家自然科学基金项目(52076012)。
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文摘
为了研究固态电解质(SE)孔隙率、裂纹形式以及界面接触面积对于固态电池(SLIB)的影响,利用电阻网络方法对固态电解质(SE)微观结构建模,对SLIB采用一维电化学耦合接触面积模型,建立了一维电化学与二维固态电解质电阻网络模型,并基于该物理模型进行了电化学阻抗谱(EIS)仿真分析。通过不同几何模型来表示电解质缺陷和裂纹,用电阻网络模型计算得到离子电导率,将不同的电解质电导率输入到电池模型中,预测微观结构对于电池容量以及阻抗的影响。研究结果表明,在0°~90°范围内,裂纹角度越小,对SE的电导率影响越小;为了更方便对比裂纹形状对电导率的影响,保持裂纹面积保持不变,随着裂纹长度的生长,电导率损失逐渐上升,到达极值点后,随裂纹长度增加,电导率损失开始下降;裂纹无量纲长度小于0.25时,三角形裂纹造成的电导率损失低于矩形缺陷和椭圆形缺陷;而无量纲长度大于0.25时,三角形缺陷的影响超过矩形缺陷和椭圆形缺陷;随孔隙率增加,SE电导率快速下降,近似呈线性关系。电解质缺陷导致电池的放电电压有所下降,在EIS仿真中体现为体相电阻增加。界面接触面积的损失对于电池容量的损失更为显著,且小倍率放电时,接触面积损失对于容量损失的影响显著低于大倍率放电时。不同接触面积(1.0、0.4)下,比容量下降60.08%,而在大倍率(50 C)时,γ=1.0、0.4时,比容量下降81.95%;倍率较小时,界面面积损失的影响相对较小。界面接触面积损失导致电荷转移阻抗增加,γ从1变化至0.2时,电荷转移阻抗增加25倍,接触面积每损失0.1,电荷转移阻抗平均增加118.60Ω。与电解质缺陷相比,界面接触面积损失导致的阻抗增加更为明显。在实际应用中,界面接触面积大于0.7,电池才能保证高容量性能。研究仿真了导致SLIB阻抗增加的电解质与界面接触因素,丰富了相关研究。
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关键词
固态锂离子电池
界面接触面积比值
电解质裂纹
失效机制
电化学阻抗谱模型
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Keywords
solid state lithium ion battery
interface contact area ratio
electrolyte crack
failure mechanism
electrochemical impedance spectroscopy model
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分类号
TM911
[电气工程—电力电子与电力传动]
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