HAWKER蓄电池-官方网站

锂离子HAWKER蓄电池中金属纤维增强离子传输的建模

摘要

采用金属纤维毡作为3D集流体的锂离子电池，由于纤维表面电双层中额外的表面传输，显示出电解质中离子扩散率的提升。由于金属纤维毡在电化学上是惰性的，目标是确定一种纤维结构，使增强的扩散率能够补偿因惰性体积带来的损失。为了优化石墨半电池中的铜纤维结构，将简化泊松-玻尔兹曼模型与表面扩散机制相结合，拟合微流控通道实验数据，并集成到伪二维（P2D）电池模型中。通过虚拟NMC111正极进行全电池重建，可将体积能量密度和功率密度作为优化目标进行评估。通过改变C倍率、电极厚度、纤维半径和纤维体积分数，量化它们对能量和功率的影响。在固定电极厚度和给定纤维半径下的优化，确定了在不同功率需求下最佳纤维体积分数的指导原则：在低功率下，较少的金属纤维可最大限度地减少非活性体积损失。高功率应用则需要更多金属纤维，以增加比金属纤维表面积，从而提升电双层中的表面传输。与采用集流箔的电极相比，在SE=350WhL，在固定纤维半径下，性能可提升高达38% for a fixed fiber radius of rmetal=6.65μm.

关键词：
锂离子电池; 3D集流体; 金属纤维绒毛结构; 双电层; 表面扩散率; 泊松-玻尔兹曼模型; P2D模型; 金属纤维优化

1. 引言

交通出行和工业应用日益增长的电气化趋势，需要耐用且高性能的储能解决方案[1,2]。除了具有高循环稳定性（500–1500次循环）、快速充电时间和低自放电率[3]之外，锂离子电池还提供广泛的能量和功率密度。这使其能够适应各种应用场景[4,5] 为了进一步突破这些极限，必须通过在所有相关长度尺度上进行优化来提高能量和功率密度，从初级和次级颗粒层面到电极、电池单元和电池层面。在每个尺度上，目标是提高电化学活性组分与非活性组分之间的比例，同时最大限度地减少传输限制。
在电极层面，提高能量密度的一种常见策略是增加电极厚度。然而，在传统的电极结构中，活性物质被涂覆在集流体箔片上，更厚的电极意味着电子在固相中的渗透路径和离子在电解质相中的传输路径更长[6]。特别是，由此产生的电解质扩散限制会导致电流密度分布不均和局部过电位热点。在倍率循环过程中，这些热点会通过热效应、锂沉积和SEI层生长加速容量衰减[7]。电解质的特征扩散时间

上一条：健康偏移评估下锂离子HAWKER蓄电池正极化学分类中脉冲衍生描述符的年龄敏感性下一条：返回列表

产品分类

新闻中心

联系我们

电话：15313702523

邮箱：hawker@yeah.net

公司：英国霍克大陆营销总部