Comment utiliser les données d'impédance AC pour déterminer le coefficient de diffusion du matériau électrique au lithium ?

Auteur ：Iflowpower –Fournisseur de centrales électriques portables

La batterie lithium-ion est la migration et la diffusion de Li + entre les pôles positif et négatif, et la différence de concentration de Li s'établit entre les électrodes positive et négative, stockant ainsi l'énergie électrique. Par conséquent, la diffusion entre Li + entre les pôles positif et négatif affecte les performances de la batterie lithium-ion. Si nous sommes triés en différents maillons des vitesses rapides aux vitesses lentes de Li +, il ne fait aucun doute que la diffusion de Li + dans l'électrolyte est la plus importante.

Rapide, suivi du processus d'échange de charge de Li + dans la surface positive et négative, la vitesse de ce processus est relativement lente, il est facile de limiter l'atténuation de la restriction, et Li + est le plus lent dans le matériau positif et négatif, ce Le lien est également souvent la clé pour limiter les performances de grossissement de la batterie lithium-ion. En tant que paramètre clé du coefficient de diffusion en phase solide de la substance réactive dans la substance active, le coefficient de diffusion en phase solide est la clé de la quantité de matériau, mais les paramètres des matériaux ne sont pas simples. Généralement, la méthode de calcul du coefficient de diffusion en phase solide du matériau actif a un titrage de potentiel important, un titrage à courant constant et des données d'impédance AC.

Récemment, Tienquangnguyen (premiers serveurs) et Corneliabreitkopf (auteur correspondant) de l'Université de technologie de Dresde en Allemagne ont proposé une nouvelle façon d'obtenir des coefficients de diffusion à l'aide de données d'impédance AC. Le coefficient de diffusion de l'acquisition de matériaux à l'aide des données EIS n'est pas un nouveau concept. De nombreux modèles ont utilisé une valeur d'impédance de diffusion en impédance AC pour calculer le coefficient de diffusion de l'électrode ou du matériau, mais ces modèles doivent généralement être combinés avec la diffusion.

Calcul de paramètres tels que la longueur, et cette valeur est généralement approximée par l'épaisseur de l'électrode ou le rayon des particules. La méthode Tienquangnguyen proposait uniquement d'utiliser les données d'impédance AC pour obtenir tous les paramètres nécessaires au calcul du coefficient de diffusion. Selon la signification du coefficient de diffusion, nous pouvons obtenir un coefficient de diffusion par le rapport entre la longueur de diffusion ID et le temps de diffusion taud (comme indiqué dans la formule suivante).

On peut le voir à partir de la formule ci-dessus. Pour obtenir un coefficient de diffusion, nous devons obtenir les paramètres ci-dessus par des données d'expérience ou des données de modèle théorique. Dans le système électrochimique, la mobilité des ions peut être calculée sur la base du temps de relaxation tau2 dans l'épaisseur de la couche biélectrique lambDAD et de la polarisation.

Afin d'obtenir les paramètres clés du coefficient de diffusion, nous devons d'abord obtenir les données de l'épaisseur de la couche de diffusion. La couche dite de diffusion fait référence à la gamme de concentrations de matériaux dans le processus de diffusion, et Bandaraampmellanderandcoelho et al. Et al.

Modèle pour calculer l'épaisseur de la couche de diffusion. La figure ci-dessous montre l'impédance du système électrochimique de la double électrode de blocage et la valeur normale de l'angle de perte. La constante diélectrique effective peut être calculée par la formule 3 suivante, où j est une unité imaginaire, Delta est le rapport entre la moitié de l'épaisseur de l'échantillon et l'épaisseur de la couche de diffusion, nous pensons généralement que cette valeur est supérieure à 10.

L'angle de perte est le rapport entre la perte diélectrique et la constante diélectrique réelle (indiquée dans la formule 4). À partir de la figure B ci-dessus, il est possible de voir que le nœud d'angle de perte a une valeur maximale à la constante de temps TAU2, et la relation entre la valeur normale de l'angle de perte et Delta est indiquée dans la formule 5, de sorte que l'épaisseur de la couche de diffusion peut être calculé par la formule suivante 6. Dans les données EIS, l'impédance de diffusion Warburg limitée contient des paramètres tels que la longueur de diffusion, le coefficient de diffusion et la vitesse de diffusion, nous pouvons généralement utiliser un circuit équivalent pour ajuster les résultats de détection EIS par ZVIEW et d'autres outils pour obtenir les paramètres de temps de diffusion.

Cependant, dans certains cas d'une certaine impédance, les résultats d'ajustement sont souvent moins idéaux, et ce problème peut être ajusté pour ajuster des données plus précises en ajustant une zone de transition dans les données d'impédance CA. L'impédance de diffusion Warburg de longueur limitée peut être exprimée dans la formule 7, où RW est une impédance de diffusion limitée, et le temps de diffusion peut être calculé par la formule 1 ci-dessus. La relation des paramètres dans la formule ci-dessus est indiquée dans les formules 9, 10 , et la partie solide et imaginaire de l'impédance de diffusion finie peut être simplifiée dans le format de la formule suivante 13 par les formules suivantes 11 et 12.

13, nous pouvons voir que RW peut signifier la pente de la courbe relationnelle entre Z et Omega1 / 2. La figure ci-dessus montre une carte d'impédance AC typique, qui peut voir la pente de la courbe d'impédance dans la zone de transition de 45 degrés à partir de la figure , ce qui signifie que la valeur de la partie réelle et imaginaire de l'impédance dans cette région est égale. En ce qui concerne le processus de diffusion de l'interface, nous pouvons adapter le circuit équivalent de Randles illustré ci-dessous.

Étant donné que l'élément WARBURG et la racine carrée de fréquence et l'angle de phase sont corrélés négativement, la décomposition directe du stylo contient le circuit équivalent de l'élément Warburg est toujours un travail très difficile, nous pouvons donc le remplacer en parallèle RW et CW, donc l'ensemble l'impédance du circuit équivalent illustré ci-dessous est illustrée dans la formule 15, et la partie réelle de l'impédance totale est comprise entre Lorsque la fréquence est d'environ 0, comme illustré à la Fig. 16, la partie réelle et la partie imaginaire peuvent être converties en une valeur de capacité du couche biélectrique de la surface de la surface d'électrode sous la forme de la surface d'électrode sous la forme de la deuxième formule 17, qui est très petite. Généralement, dans 1-10uf / cm2, l'impédance de l'impédance totale dans le circuit d'image suivant peut être considérée comme égale à la partie imaginaire de l'impédance de Warburg, c'est-à-dire z = omGAZ, et la longueur de diffusion la plus importante ID du coefficient de diffusion peut être électroniquement Le coefficient de diffusion et le temps de diffusion sont calculés (comme indiqué dans la formule suivante 19) supposons que la charge de la charge est la même, de sorte que le coefficient de diffusion des électrons puisse être remplacé par la mobilité des ions, et le temps de diffusion peut être utilisé La constante de temps correspondant à l'arc au point le plus élevé de la courbe de fréquence illustrée à la Fig.

Par conséquent, la formule ci-dessus peut être convertie au format indiqué dans la formule. Selon le modèle mentionné ci-dessus, les auteurs décomposent les données de la littérature, on peut voir que les cinq échantillons sélectionnés dans l'image suivante ont une différence distinctive dans la courbe de diffusion de la zone basse fréquence, et plusieurs échantillons sont composés d'une région semi-circulaire . Ensuite, il y a une impédance de diffusion limitée d'environ 45 degrés à gauche et à droite dans la gamme des fréquences relativement basses, et donc, selon le modèle ci-dessus, la constante de temps de diffusion de plusieurs modèles de WSC = 2, 4, 5, 6 et 15 est 4, respectivement.

16, 25, 36 et 225 (indiqués dans le tableau 1 ci-dessous). Afin de comparer les effets du modèle ci-dessus, l'auteur prend le processus d'adsorption des molécules d'eau à la surface du sulfate de sulfate de zirconium, en utilisant d'abord le circuit équivalent de Randles pour ajuster les résultats de détection du test, et peut voir la partie réelle du impédance de la figure ci-dessous. L'erreur entre la valeur de test et la valeur d'ajustement a atteint 25 %, et la déclaration de l'effet d'ajustement du circuit contenant l'impédance de Warburg n'est pas idéale dans le cas où l'impédance élevée ou le bruit est relativement élevé.

Par conséquent, les valeurs numériques adaptées ne peuvent être que de référence. Dans la figure ci-dessous, l'auteur compare l'effet d'ajustement de la méthode du modèle proposé par la méthode du circuit équivalent traditionnel et l'auteur. Sur l'image en bas à gauche, il faut voir l'effet d'ajustement obtenu par la nouvelle méthode du modèle.

C'est mieux que le circuit équivalent traditionnel. Le coefficient de diffusion obtenu à partir du tableau 3 suivant peut voir le résultat de la mobilité nette des ions et de la vapeur d'eau et les résultats de la détection d'autres personnes. La méthode proposée par Tienquangnguyen s'adapte en ajustant la partie de longueur de diffusion finie dans l'impédance AC, le stylo est droit et la longueur de la longueur de diffusion, réalisant ainsi la détermination rapide et précise de données rapides et précises à l'aide de données d'impédance AC.