CN111931339A - 锂离子电池电化学模型电极层结构参数的确定方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种锂离子电池电化学模型电极层结构参数的确定方法。包括提供电极层样品，并获取电极层样品的几何参数和第一状态参数。根据几何参数和第一状态参数，获取电极层样品的第二状态参数。根据颗粒粒径分布函数、电极层样品的活性物质颗粒粒径、电极层样品的孔隙率以及浆料组分的体积分数，获取锂离子电池电化学模型电极层结构参数。上述方法充分地使用了与电极层结构相关的信息，并且提高模型的计算精度，可进一步满足目前产业界对电极层模型的使用需求。并且，在进行模型计算时，不需要对电池电化学模型中的控制方程进行调整，只需对与电极层结构相关的电极层结构参数进行修正即可，保证了模型具有较低的计算成本。

Description

锂离子电池电化学模型电极层结构参数的确定方法

技术领域

本申请涉及电池测试领域，特别是涉及一种锂离子电池电化学模型电极层 结构参数的确定方法。

背景技术

锂离子电池具有能量密度高、循环寿命长、自放电率低、无记忆效应等优 点，与其他电池相比，是目前最适合于电动汽车的动力源。针对锂离子电池电 极层电化学性能的仿真与模拟也一直是目前研究的热点话题，目前使用最为广 泛的锂离子电极层电池电化学模型是由Newman团队开发的准二维均质电极层 模型(以下简称准二维模型)。

在准二维模型中，对于模型仿真精度有较大影响的等效参数主要是液相传 质的曲折系数以及颗粒的粒径。针对液相传质过程的曲折系数，一般使用 Bruggeman关系来进行修正，但该关系式过于简单，与实际结构偏差较大；针对 颗粒粒径，由于实际的活性物质颗粒粒径存在分布，因此一般选用D50(小于 该粒径的颗粒数目占所有颗粒数目的50％)来作为模型的输入，但在颗粒粒径 较为分散的情况下，D50会带来较大的偏差。因此有效且合理的确定方法对于 准二维模型的精度来说是十分重要的。

发明内容

基于此，本申请提供一种锂离子电池电化学模型电极层结构参数的确定方 法，以确保在不明显增加计算成本的基础上，有效提高准二维模型的计算精度。

一种锂离子电池电化学模型电极层结构参数的确定方法，包括：

提供电极层样品，并获取所述电极层样品的几何参数和第一状态参数，所 述几何参数包括极片面密度、极片厚度、浆料组分的质量分数以及浆料组分的 密度，所述第一状态参数包括颗粒粒径分布函数和所述电极层样品的活性物质 颗粒粒径；

根据所述极片面密度、所述极片厚度、所述浆料组分的质量分数以及所述 浆料组分的密度，获取电极层样品的第二状态参数，所述第二状态参数包括电 极层样品的孔隙率和浆料组分的体积分数；

根据所述颗粒粒径分布函数、所述电极层样品的活性物质颗粒粒径、所述 电极层样品的孔隙率以及所述浆料组分的体积分数，获取锂离子电池电化学模 型电极层结构参数，所述锂离子电池电化学模型电极层结构参数包括电极片曲 折系数和电极片颗粒粒径。

在其中一个实施例中，利用所述极片面密度、所述极片厚度、所述浆料组 分的质量分数以及所述浆料组分的密度，获取所述电极层样品的孔隙率，所述 电极层样品的孔隙率的表达式为：

式中，m_areal为极片面密度，L为极片的厚度，ω_AM、ω_B以及ω_CA分别为活 性物质的质量分数、粘结剂的质量分数以及导电剂的质量分数，ρ_AM、ρ_B以及ρ_CA分别为活性物质的密度、粘结剂的密度以及导电剂的密度。

在其中一个实施例中，所述浆料组分包括活性物质的体积分数，利用所述 浆料组分的质量分数以及所述浆料组分的密度，获取所述活性物质的体积分数， 所述活性物质的体积分数的表达式为：

式中，∈_AM为活性物质的体积分数，ω_aM、ω_B以及ω_CA分别为活性物质的质 量分数、粘结剂的质量分数以及导电剂的质量分数，ρ_AM、ρ_B以及ρ_CA分别为活 性物质的密度、粘结剂的密度以及导电剂的密度。

在其中一个实施例中，所述电极片颗粒粒径包括负极颗粒粒径，利用所述 颗粒粒径分布函数和所述电极层样品的活性物质颗粒粒径，获取所述负极颗粒 粒径，所述负极颗粒粒径的表达式为：

式中，R为电极层样品的活性物质颗粒粒径，f(R)为颗粒粒径分布函数。

在其中一个实施例中，所述电极片颗粒粒径还包括正极颗粒粒径，获取所 述正极颗粒粒径的步骤包括：

获取正极电极层样品中的活性物质颗粒的显微镜图像；

根据所述显微镜图像，获取所述正极电极层样品中的多个活性物质颗粒的 一次颗粒粒径；

获取多个所述一次颗粒粒径的平均值，作为所述正极颗粒粒径。

在其中一个实施例中，根据所述颗粒粒径分布函数、所述电极层样品的孔 隙率以及所述浆料组分的体积分数，获取所述电极片曲折系数步骤包括：

根据所述颗粒粒径分布函数、所述电极层样品的孔隙率以及所述活性物质 的体积分数，建立电极层结构模型；

根据所述电极层结构模型，获取有效扩散系数；

根据所述有效扩散系数，获得所述电极片曲折系数。

在其中一个实施例中，所述建立电极层结构模型的步骤包括：

根据所述颗粒粒径分布函数、所述电极层样品的孔隙率以及活性物质的体 积分数，生成活性物质颗粒粒径序列；

对所述活性物质颗粒粒径序列中活性物质颗粒进行排序；

依次确定每一个活性物质颗粒的位置，以确保任意两个活性物质颗粒之间 的距离大于两个活性物质颗粒半径和的一半。

在其中一个实施例中，所述根据所述颗粒粒径分布函数、所述电极层样品 的孔隙率以及活性物质的体积分数，生成活性物质颗粒粒径序列的步骤包括：

利用所述颗粒粒径分布函数依次随机生成活性物质颗粒的粒径，并计算当 前已生成的活性物质颗粒的体积分数；

判断当前已生成的活性物质颗粒的体积分数是否小于所述活性物质的体积 分数；

当所述当前已生成的活性物质颗粒的体积分数小于所述活性物质的体积分 数时，存储粒径值，以完成所述活性物质颗粒粒径序列的生成。

在其中一个实施例中，所述有效扩散系数的表达式为：

所述电极片曲折系数的表达式为：

式中，D^eff为有效扩散系数，J为生成的电极层在厚度方向上的锂离子通量， L为正负极电极层区域上下两端之间的距离，C₁为上端的锂离子浓度，C₂为下端 的锂离子浓度，∈_E为电极层的孔隙率，τ_eff为电极片曲折系数。

一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并在处理器上运 行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述实施例中任一项 所述的锂离子电池电化学模型电极层结构参数的确定方法。

上述锂离子电池电化学模型电极层结构参数的确定方法，包括提供电极层 样品，并获取所述电极层样品的几何参数和第一状态参数。所述几何参数包括 极片面密度、极片厚度、浆料组分的质量分数以及浆料组分的密度，所述第一 状态参数包括颗粒粒径分布函数和所述电极层样品的活性物质颗粒粒径。根据 所述极片面密度、所述极片厚度、所述浆料组分的质量分数以及所述浆料组分 的密度，获取电极层样品的第二状态参数。所述第二状态参数包括电极层样品 的孔隙率和浆料组分的体积分数。根据所述颗粒粒径分布函数、所述电极层样 品的活性物质颗粒粒径、所述电极层样品的孔隙率以及所述浆料组分的体积分 数，获取锂离子电池电化学模型电极层结构参数。所述锂离子电池电化学模型 电极层结构参数包括电极片曲折系数和电极片颗粒粒径。上述方法充分地使用 了与电极层结构相关的信息，并且提高模型的计算精度，可进一步满足目前产 业界对电极层模型的使用需求。并且，在进行模型计算时，不需要对电池电化 学模型中的控制方程进行调整，只需对与电极层结构相关的电极层结构参数进 行修正即可，保证了模型具有较低的计算成本。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施 例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述 中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付 出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请一个实施例提供的锂离子电池电化学模型电极层结构参数的 确定方法流程图；

图2为本申请一个实施例提供的电极层结构模型图；

图3为本申请一个实施例提供的正极电极层结构模型图；

图4为本申请一个实施例提供的生成锂离子电池电化学模型的流程图；

图5为本申请一个实施例提供的利用锂离子电池电化学模型测试电池性能 的结果图。

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对 本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以 便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实 施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申 请不受下面公开的具体实施的限制。

可以理解，本申请所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描 述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一元件与另 一个元件区分。举例来说，在不脱离本申请的范围的情况下，可以将第一获取 模块称为第二获取模块，且类似地，可将第二获取模块称为第一获取模块。第 一获取模块和第二获取模块两者都是获取模块，但其不是同一个获取模块。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元 件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可 以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术 领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术 语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的 术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参见图1，本申请提供一种锂离子电池电化学模型电极层结构参数的确定 方法。所述锂离子电池电化学模型电极层结构参数的确定方法包括：

S10，提供电极层样品，并获取所述电极层样品的几何参数和第一状态参数。 所述几何参数包括极片面密度、极片厚度、浆料组分的质量分数以及浆料组分 的密度，所述第一状态参数包括颗粒粒径分布函数和所述电极层样品的活性物 质颗粒粒径。

步骤S10中，电极层样品是指在电池浆料经过涂布、干燥以及辊压之后形 成的极片成品中，剪裁得到的极片(一般尺寸在10mm的量级)。将极片进行 称重后，利用测量得到的极片质量减掉对应铜箔的质量，再除以样品的面积， 即得到所述极片面密度。所述极片厚度可以通过螺旋测微器测量得到。所述浆 料组分的质量分数以及所述浆料组分的密度可以从材料供应商处得到。所述颗 粒粒径分布函数和所述电极层样品的活性物质颗粒粒径可由生产厂家提供，或 者利用粒度仪、借助扫描电子显微镜图像统计等方法测量得到。在其中一个实 施例中，将所述电极层样品放到扫描电子显微镜(SEM)下，即可得到电极层样品的微观结构，并通过计数的方法统计出所述颗粒粒径分布函数和所述电极 层样品的活性物质颗粒粒径。

S20，根据所述极片面密度、所述极片厚度、所述浆料组分的质量分数以及 所述浆料组分的密度，获取电极层样品的第二状态参数，所述第二状态参数包 括电极层样品的孔隙率和浆料组分的体积分数。

步骤S20中，结合浆料的组分以及面密度，即可利用下式计算得到电极样 品的孔隙率。所述电极层样品的孔隙率ε_l的表达式为：

式中，m_areal为极片面密度，L为极片的厚度，ω_AM、ω_B以及ω_CA分别为活 性物质的质量分数、粘结剂的质量分数以及导电剂的质量分数，ρ_AM、ρ_B以及ρ_CA分别为活性物质的密度、粘结剂的密度以及导电剂的密度。

电极中各个物质的体积分数可通过下式进行计算：

式中，∈_AM、∈_B以及∈_CA分别为活性物质，粘结剂以及导电剂的体积分数。

S30，根据所述颗粒粒径分布函数、所述电极层样品的活性物质颗粒粒径、 所述电极层样品的孔隙率以及所述浆料组分的体积分数，获取锂离子电池电化 学模型电极层结构参数，所述锂离子电池电化学模型电极层结构参数包括电极 片曲折系数和电极片颗粒粒径。

步骤S30中，在获得所述电极层样品、所述颗粒粒径分布函数、所述电极 层样品的孔隙率以及所述浆料组分的体积分数后，可以利用计算机计算所述电 极片曲折系数。所述电极片颗粒粒径可以包括正极颗粒粒径和负极颗粒粒径。 利用所述颗粒粒径分布函数和所述电极层样品的活性物质颗粒粒径，获取所述 负极颗粒粒径，所述负极颗粒粒径R_vol的表达式为：

式中，R为电极层样品的活性物质颗粒粒径，f(R)为颗粒粒径分布函数。

利用SEM图像获取正极一次颗粒平均粒径，并作为所述正极颗粒粒径。可 选地，获取所述正极颗粒粒径的方法可以为，获取正极电极层样品中的活性物 质颗粒的显微镜图像。根据所述显微镜图像，获取所述正极电极层样品中的多 个活性物质颗粒的一次颗粒粒径。获取多个所述一次颗粒粒径的平均值，作为 所述正极颗粒粒径。具体地，考虑到锂离子电池正极材料常常是团聚体结构， 获取正极的实际电极层中活性物质颗粒的SEM(扫描电子显微镜)图像，将放 大倍数至少设置在X10000，便可利用图像测量其一次颗粒的粒径。由于正极颗 粒的颗粒常常不是球形，因此一般以视野内颗粒的相隔最远的两点距离的二分之一作为颗粒的粒径，在视野内测量十个颗粒的粒径，取平均之后即可得到平 均的一次颗粒粒径大小，作为正极颗粒粒径。

上述锂离子电池电化学模型电极层结构参数的确定方法，包括提供电极层 样品，并获取所述电极层样品的几何参数和第一状态参数。所述几何参数包括 极片面密度、极片厚度、浆料组分的质量分数以及浆料组分的密度，所述第一 状态参数包括颗粒粒径分布函数和所述电极层样品的活性物质颗粒粒径。根据 所述极片面密度、所述极片厚度、所述浆料组分的质量分数以及所述浆料组分 的密度，获取电极层样品的第二状态参数。所述第二状态参数包括电极层样品 的孔隙率和浆料组分的体积分数。根据所述颗粒粒径分布函数、所述电极层样 品的活性物质颗粒粒径、所述电极层样品的孔隙率以及所述浆料组分的体积分 数，获取锂离子电池电化学模型电极层结构参数。所述锂离子电池电化学模型 电极层结构参数包括电极片曲折系数和电极片颗粒粒径。上述方法充分地使用 了与电极层结构相关的信息，并且提高模型的计算精度，可进一步满足目前产 业界对电极层模型的使用需求。并且，在进行模型计算时，不需要对电池电化 学模型中的控制方程进行调整，只需对与电极层结构相关的电极层结构参数进 行修正即可，保证了模型具有较低的计算成本。

在其中一个实施例中，根据所述颗粒粒径分布函数、所述电极层样品的孔 隙率以及所述浆料组分的体积分数，获取所述电极片曲折系数步骤包括：

根据所述颗粒粒径分布函数、所述电极层样品的孔隙率以及所述活性物质 的体积分数，建立电极层结构模型。根据所述电极层结构模型获取有效扩散系 数。根据所述有效扩散系数，获得所述电极片曲折系数。

可选地，所述建立电极层结构模型的方法包括，根据所述颗粒粒径分布函 数、所述电极层样品的孔隙率以及活性物质的体积分数，生成活性物质颗粒粒 径序列。对所述活性物质颗粒粒径序列中活性物质颗粒进行排序。依次确定每 一个活性物质颗粒的位置，以确保任意两个活性物质颗粒之间的距离大于两个 活性物质颗粒半径和的一半。

可选地，所述根据所述颗粒粒径分布函数、所述电极层样品的孔隙率以及 活性物质的体积分数，生成活性物质颗粒粒径序列的步骤包括，利用所述颗粒 粒径分布函数依次随机生成活性物质颗粒的粒径，并计算当前已生成的活性物 质颗粒的体积分数。判断当前已生成的活性物质颗粒的体积分数是否小于所述 活性物质的体积分数。当所述当前已生成的活性物质颗粒的体积分数小于所述 活性物质的体积分数时，存储粒径值，以完成所述活性物质颗粒粒径序列的生 成。

具体地，为了计算电极片曲折系数，需要建立电极层结构模型。由于粘结 剂与导电剂所占体积分数较小，因此在本实施例中，这里暂时忽略他们的作用， 只考虑活性物质颗粒，并以二维的圆代表正负极的活性物质颗粒，生成的结构 如图2所示。该模型可分为三个区域，即正极区域、隔膜区域与负极区域，三 个区域的厚度W_z，m(m表示不同的区域，m＝a表示负极区域，m＝c表示正极 区域，m＝s表示隔膜区域)与测量得到的电极层正负极与隔膜的厚度相同，三 个区域的宽度W_x相同，一般选定在600～1000um的范围内。在获得的电极层结 构中，最靠上方的区域为正极，中间为隔膜，最下方为负极。可以理解的是， 电极层结构模型的生成可以通过其他几何结构表示每一个区域。所述几何结构 包括圆、多边形、四面体、六面体、球等结构，并以上述几何为基础在给定区 域内进行堆叠组合，生成电极层结构，在该结构基础上计算电极片曲折系数。

在正极与负极区域内有颗粒粒径大小不等的圆形颗粒，其对应的颗粒粒径 大小是在实际测量得到的颗粒粒径分布函数以及电极层孔隙率的基础上不断迭 代生成的。此外，正极与负极区域中圆形颗粒外的其他区域为充满电解液的孔 隙。下面以正极为例，具体介绍颗粒粒径序列的生成方法，方法可分为以下步 骤：

令k表示计算第k个颗粒的粒径，若k＝1，即表示生成第1个颗粒的粒径， 则利用基于颗粒粒径分布函数的随机数生成器生成第1个颗粒的粒径d₁，并计 算目前已生成的所有颗粒所占的面积分数∈，计算公式为

式中∈_p为 颗粒的活性物质体积分数，一般取0.95，并存储粒径值；若k≥2，即表示生成 第2个以及第2个之后的颗粒的粒径，利用基于颗粒粒径分布函数的随机数生 成器生成一个颗粒的粒径d，然后利用公式

计算当前已生成的 所有k个颗粒其所占的面积分数。

比较∈与正极电极层的活性物质体积分数∈_AM，c，若∈＜∈_AM，c，则存储粒径值， 令k＝k+1，并回到上一步骤中；若计算到第k个颗粒粒径时有∈_total≥∈_v，则 利用公式

计算第k个颗粒的粒径d_k，并存储粒径值，完 成电极层颗粒粒径序列的生成。

对于负极，只需将上述步骤中正极电极层的厚度W_z，c更换成W_z，a，电极层的 活性物质体积分数由正极更换成负极的活性物质体积分数∈_AM，a即可。

针对每个颗粒的位置，以正极为例，其确定过程可分为以下步骤：

步骤一，先让颗粒按粒径从大到小排序，设预先生成的颗粒粒径序列中的 颗粒数目为n，i为颗粒对应的序号，则排完序之后的颗粒粒径满足d₁≥d₂≥ …≥d_i-1≥d_i≥d_i+1≥…≥d_n

步骤二，颗粒圆心在正极或者负极区域内的位置则是由计算机中伪随机数 生成器确定，对第i个颗粒而言，利用随机数生成器在预先设定好的二维矩形区 域(区域的长度等于W_x，区域的厚度等于W_z，c)内生成颗粒j圆心的坐标(x_j，y_j)。

步骤三，若j＝1，则进入步骤四；若j＞1，则检查颗粒j与之前已经确定位 置的颗粒是否相交，即从第1个颗粒开始，逐个计算颗粒j与已经确定好位置的 前j-1个颗粒之间的距离，若计算得第t个颗粒(t满足1≤t≤i-1)与颗粒j 之间的距离小于两个颗粒的粒径和的一斗

则返回步骤二，并重新利 用随机数生成器生成颗粒的圆心坐标(x_i，y_i)；若计算发现第1个到第j-1个颗粒 与第j个颗粒不相交，则说明该位置可以放置颗粒，进入步骤四。

步骤四，若j＜n，将序号j变成j+1，返回步骤二；若j＝n，则结束。

对于负极，只需将上述步骤中正极电极层的厚度W_z，c更换成W_z，a，电极层的 活性物质体积分数由正极更换成负极的活性物质体积分数∈_v，a即可。

在利用上述过程得到电极层结构后，利用浓度梯度法来分别确定正负极区 域的曲折系数，如图3所示。具体地，对正极而言，在充满电解液的孔隙区域 的控制方程为：

式中N_l为锂离子通量，c_l为锂离子浓度，D为扩散系数，可以认为地随意给 定，该值不影响最终的计算结果，本实施例中取D＝3×10^-10m²/s

对于正极活性物质颗粒而言，由于其是由一次颗粒团聚而成的二次颗粒， 颗粒内部有电解液浸润，其控制方程为：

式中∈_AM为活性物质颗粒的孔隙率，该数值可以利用nano-CT(纳米级电子 计算机断层扫描)对单个正极活性物质颗粒进行成像，之后利用计算机成像软 件，区分出区域内的孔隙以及固体物质，将孔隙的体积除以整个颗粒的体积， 即可得到活性物质颗粒的孔隙率。本实施例中取0.95，该数值从研究论文中得 到。

对负极区域，孔隙处与助导电剂桥部分的控制方程与正极的控制方程相同， 但对于活性物质颗粒，由于其内部没有电解液浸润，因此在颗粒内部不进行离 散与数值求解，在颗粒表面的边界条件如下式：

式中

为边界处的法向向量，分别在正极以及负极的电极层上下边界施加给 定浓度的边界条件(给定的浓度可以任意给定)，在左右边界施加对称边界条 件。

利用上述公式，计算稳态条件下锂离子通量的大小。并将离子通量的大小 代入至有效扩散系数的表达式中，所述有效扩散系数的表达式为：

所述电极片曲折系数的表达式为：

式中，D^eff为有效扩散系数，J为生成的电极层在厚度方向上的锂离子通量， L为正负极电极层区域上下两端之间的距离，C₁为上端的锂离子浓度，C₂为下端 的锂离子浓度，∈_E为电极层的孔隙率，τ_eff为电极片曲折系数。

得到电极片曲折系数之后，即可利用该系数分别计算准二维模型中正负极 对应的等效液相扩散系数D_l，eff与液相电导率σ_l，eff，计算公式为：

式中的∈为正极或者负极的孔隙率，D_int与σ_int为电解液中锂离子的扩散系数 与电导率，对于本申请而言，相当于已知的输入量，ε_l，n为正极或负极的孔隙率 (n的含义与上文中的含义相同，即表示不同的区域，n＝a表示负极区域，n＝c 表示正极区域)，在本实施例中，从实际样品测算得到的正负极电极层孔隙率 分别为∈_E，c＝0.716，∈_E，a＝0.627。

请参见图4通过上述方法中得到的电极片曲折系数、正极颗粒粒径以及负 极颗粒粒径确定锂离子电池电化学模型。并利用所述锂离子电池电化学模型进 行电池性能测试，测试结果如图5所示。图5中虚线为实际电池的恒电流放电 曲线，放电倍率定义为放电电流与电池理论容量的比值，分别为0.27C，0.9C以 及1.8C(分别代表放电电流与理论容量数值之比分别为0.27，0.9以及1.8)， 从结果上看，通过本申请得到的锂离子电池电化学模型能够准确地预测电池的 性能。

一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并在处理器上运 行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述实施例中任一项 所述的锂离子电池电化学模型电极层结构参数的确定方法。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对 上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技 术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细， 但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的 普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改 进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权 利要求为准。

Claims (10)

1.一种锂离子电池电化学模型电极层结构参数的确定方法，其特征在于，包括：

提供电极层样品，并获取所述电极层样品的几何参数和第一状态参数，所述几何参数包括极片面密度、极片厚度、浆料组分的质量分数以及浆料组分的密度，所述第一状态参数包括所述电极层样品的活性物质颗粒粒径及其分布函数；

根据所述极片面密度、所述极片厚度、所述浆料组分的质量分数以及所述浆料组分的密度，获取电极层样品的第二状态参数，所述第二状态参数包括电极层样品的孔隙率和浆料组分的体积分数；

根据所述颗粒粒径分布函数、所述电极层样品的活性物质颗粒粒径、所述电极层样品的孔隙率以及所述浆料组分的体积分数，获取锂离子电池电化学模型电极层结构参数，所述锂离子电池电化学模型电极层结构参数包括电极片曲折系数和电极片颗粒粒径。

2.根据权利要求1所述的锂离子电池电化学模型电极层结构参数的确定方法，其特征在于，所述电极层样品的孔隙率的表达式为：

式中，m_areal为极片面密度，L为极片的厚度，ω_AM、ω_B以及ω_CA分别为活性物质的质量分数、粘结剂的质量分数以及导电剂的质量分数，ρ_AM、ρ_B以及ρ_CA分别为活性物质的密度、粘结剂的密度以及导电剂的密度。

3.根据权利要求1所述的锂离子电池电化学模型电极层结构参数的确定方法，其特征在于，所述浆料组分包括活性物质的体积分数，所述活性物质的体积分数的表达式为：

式中，∈_AM为活性物质的体积分数，ω_AM、ω_B以及ω_CA分别为活性物质的质量分数、粘结剂的质量分数以及导电剂的质量分数，ρ_AM、ρ_B以及ρ_CA分别为活性物质的密度、粘结剂的密度以及导电剂的密度。

4.根据权利要求3所述的锂离子电池电化学模型电极层结构参数的确定方法，其特征在于，所述电极片颗粒粒径包括负极颗粒粒径，所述负极颗粒粒径的表达式为：

式中，R为电极层样品的活性物质颗粒粒径，f(R)为颗粒粒径分布函数。

5.根据权利要求4所述的锂离子电池电化学模型电极层结构参数的确定方法，其特征在于，还包括：

获取正极电极层样品中的活性物质颗粒的显微镜图像；

根据所述显微镜图像，获取所述正极电极层样品中的多个活性物质颗粒的一次颗粒粒径；

获取多个所述一次颗粒粒径的平均值，作为电极片的正极颗粒粒径。

6.根据权利要求3所述的锂离子电池电化学模型电极层结构参数的确定方法，其特征在于，所述根据所述颗粒粒径分布函数、所述电极层样品的活性物质颗粒粒径、所述电极层样品的孔隙率以及所述浆料组分的体积分数，获取锂离子电池电化学模型电极层结构参数的步骤包括：

根据所述颗粒粒径分布函数、所述电极层样品的孔隙率以及所述活性物质的体积分数，建立电极层结构模型；

根据所述电极层结构模型，获取有效扩散系数；

根据所述有效扩散系数，获得所述电极片曲折系数。

7.根据权利要求6所述的锂离子电池电化学模型电极层结构参数的确定方法，其特征在于，所述建立电极层结构模型的步骤包括：

根据所述颗粒粒径分布函数、所述电极层样品的孔隙率以及活性物质的体积分数，生成活性物质颗粒粒径序列；

对所述活性物质颗粒粒径序列中活性物质颗粒进行排序；

依次确定每一个活性物质颗粒的位置，以确保任意两个活性物质颗粒之间的距离大于两个活性物质颗粒半径和的一半。

8.根据权利要求7所述的锂离子电池电化学模型电极层结构参数的确定方法，其特征在于，所述根据所述颗粒粒径分布函数、所述电极层样品的孔隙率以及活性物质的体积分数，生成活性物质颗粒粒径序列的步骤包括：

利用所述颗粒粒径分布函数依次随机生成活性物质颗粒的粒径，并计算当前已生成的活性物质颗粒的体积分数；

判断当前已生成的活性物质颗粒的体积分数是否小于所述活性物质的体积分数；

当所述当前已生成的活性物质颗粒的体积分数小于所述活性物质的体积分数时，存储粒径值，以完成所述活性物质颗粒粒径序列的生成。

9.根据权利要求6所述的锂离子电池电化学模型电极层结构参数的确定方法，其特征在于，所述有效扩散系数的表达式为：

所述电极片曲折系数的表达式为：

式中，D^eff为有效扩散系数，J为生成的电极层在厚度方向上的锂离子通量，L为正负极电极层区域上下两端之间的距离，C₁为上端的锂离子浓度，C₂为下端的锂离子浓度，∈_E为电极层的孔隙率，τ_eff为电极片曲折系数。

10.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1-9中任一项所述的锂离子电池电化学模型电极层结构参数的确定方法。

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