锂电池建模原理
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1 电池基本原理...............................................................................................................................2 1.1 基本原理...........................................百度文库................................................................................2 1.2 名词解释............................................................................................................................3 1.3 过程解释............................................................................................................................6
2 电池模型.......................................................................................................................................8 2.1 准静态模型........................................................................................................................8 2.2 动态等效电模型................................................................................................................8 2.2.1 阻抗谱.....................................................................................................................8 2.2.2 RC 电路 ...............................................................................................................10 2.2.3 其它近似方法参数表达.....................................................................................11 2.3 电化学模型......................................................................................................................14 2.3.1 单微粒模型...........................................................................................................14 2.3.2 P2D 准二维模型 .................................................................................................16
3 电池管理.....................................................................................................................................17
1 电池基本原理
在平衡状态没有极化时电极间的电压为 OCV，为了产生出电流密度，需要克服过电压，此时 电极间的电压就会下降了，为了产生更大的电流密度，过电压也就越大，电极间的电压也就 下降得更多了。注意，这个图中其实忽略了液相电压，也就是电解质电压，为了不混淆这几 个电压的关系，看下面这个图：
ϕ������ ϕ������是固相电位和液相电位 ������是过电位 ������������ ������������是平衡电位 ������(������)是端电压
1.1 基本原理
锂离子电池主要由正极，负极，电解质，隔膜组成。 正极是锂氧化物 负极是石墨 锂电池示意图：
充放电过程：
充电过程，锂离子从正极活性颗粒中脱出，经过电解质扩散到负极，并嵌入到负极活性颗粒 的微孔结构中，同时，电流通过外电路流向负极，这个过程中不仅导致正负极锂离子浓度的 变化，还在正极和负极之间产生了一个电压差。 放电过程则刚好相反，嵌入到负极的锂离子脱出，经过电解液扩散到正极。 因此，充放电过程中，锂离子都要经历 2 种过程，电极反应过程和扩散过程。
SEI 膜 在锂—石墨电池首次循环放电过程中，部分锂原子会与非水溶剂反应，导致初始不可逆容量 的产生。反应产物在碳表面形成锂离子导体和电子绝缘层，这个叫做 SEI 膜，全称电解质界 面膜。电池老化和 SEI 膜生长关系很大。 老化 锂电池的容量随着使用时间的延长而衰减叫老化，老化原因包括负极老化和正极老化 上 2 个图： 负极/电解质老化
1.2 名词解释
极化 引用知乎上的一个回答： 电极处于平衡状态时，氧化反应电流和还原反应电流相等，表现上看，没有净电流流过，电 极电位处于平衡状态 为了迫使电极上有净电流流过，即打破电极的平衡态，必须要施加平衡电位之外的额外的电 压，而此时的电极电位会偏离平衡电位，这个现象就是极化。
过电压 过电压可以理解为极化过程需要克服的阻力，克服了过电压才能发生产生极化反应，从而产 生电流密度。下面这个图好到爆（从 comsol 帮助文件中截出来的图）
1 电池基本原理...............................................................................................................................2 1.1 基本原理...........................................百度文库................................................................................2 1.2 名词解释............................................................................................................................3 1.3 过程解释............................................................................................................................6
2 电池模型.......................................................................................................................................8 2.1 准静态模型........................................................................................................................8 2.2 动态等效电模型................................................................................................................8 2.2.1 阻抗谱.....................................................................................................................8 2.2.2 RC 电路 ...............................................................................................................10 2.2.3 其它近似方法参数表达.....................................................................................11 2.3 电化学模型......................................................................................................................14 2.3.1 单微粒模型...........................................................................................................14 2.3.2 P2D 准二维模型 .................................................................................................16
3 电池管理.....................................................................................................................................17
1 电池基本原理
在平衡状态没有极化时电极间的电压为 OCV，为了产生出电流密度，需要克服过电压，此时 电极间的电压就会下降了，为了产生更大的电流密度，过电压也就越大，电极间的电压也就 下降得更多了。注意，这个图中其实忽略了液相电压，也就是电解质电压，为了不混淆这几 个电压的关系，看下面这个图：
ϕ������ ϕ������是固相电位和液相电位 ������是过电位 ������������ ������������是平衡电位 ������(������)是端电压
1.1 基本原理
锂离子电池主要由正极，负极，电解质，隔膜组成。 正极是锂氧化物 负极是石墨 锂电池示意图：
充放电过程：
充电过程，锂离子从正极活性颗粒中脱出，经过电解质扩散到负极，并嵌入到负极活性颗粒 的微孔结构中，同时，电流通过外电路流向负极，这个过程中不仅导致正负极锂离子浓度的 变化，还在正极和负极之间产生了一个电压差。 放电过程则刚好相反，嵌入到负极的锂离子脱出，经过电解液扩散到正极。 因此，充放电过程中，锂离子都要经历 2 种过程，电极反应过程和扩散过程。
SEI 膜 在锂—石墨电池首次循环放电过程中，部分锂原子会与非水溶剂反应，导致初始不可逆容量 的产生。反应产物在碳表面形成锂离子导体和电子绝缘层，这个叫做 SEI 膜，全称电解质界 面膜。电池老化和 SEI 膜生长关系很大。 老化 锂电池的容量随着使用时间的延长而衰减叫老化，老化原因包括负极老化和正极老化 上 2 个图： 负极/电解质老化
1.2 名词解释
极化 引用知乎上的一个回答： 电极处于平衡状态时，氧化反应电流和还原反应电流相等，表现上看，没有净电流流过，电 极电位处于平衡状态 为了迫使电极上有净电流流过，即打破电极的平衡态，必须要施加平衡电位之外的额外的电 压，而此时的电极电位会偏离平衡电位，这个现象就是极化。
过电压 过电压可以理解为极化过程需要克服的阻力，克服了过电压才能发生产生极化反应，从而产 生电流密度。下面这个图好到爆（从 comsol 帮助文件中截出来的图）