La diffusione di li + in sostanze attive è un importante processo di reazione e un collegamento limitante delle reazioni chimiche interne nelle batterie agli ioni di litio, così il coefficente di diffusione di li + è un parametro importante delle sostanze attive della batteria dello litio-ione ed il coefficente di diffusione è di grande importanza alle prestazioni di ingrandimento delle batterie dello litio-ione. corrente continua titolazione intermittente (Gitt)
è un metodo importante per la determinazione dei coefficienti di diffusione.< 2/D , 其中L 为材料的特征长度 , D 为材料的扩散系数; 第二部分为长时间的静置, 以让Li + 在活性物质内部充分扩散达到平衡状态.
Il metodo Gitt presuppone che il processo di diffusione si verifichi principalmente sulla superficie del materiale di fase solida, e il metodo Gitt consiste principalmente in due parti, la prima parte è divisa in piccola corrente costante di scarico di impulso corrente, per soddisfare l'ipotesi che il processo di diffusione si verifica solo sulla superficie, il tempo t di scarico di impulsi di corrente costante dovrebbe essere relativamente breve, ed è necessario incontrare t La figura seguente è un tipico processo coefficiente di diffusione della misura Gitt, utilizzando una batteria di 1,2 mAh fibbia della batteria, materiale catodico per NCM, prima di testare la batteria prima carica al 100% SOC, e poi secondo 0.1 C Scarica 15 minuti, e poi statica 30min, ogni scarico è di circa l'equivalente di 2,5%
SOC, quindi è possibile effettuare un totale di 40 cicli, poiché il metallo li catodo ha un impatto molto piccolo sul cambiamento di tensione della batteria, in modo che il cambiamento di tensione nel processo di test proviene principalmente dal materiale NCM, vale a dire, il coefficiente di diffusione ottenuto da questo metodo riflette principalmente il coefficiente di diffusione del materiale catodo NCM. Una volta completato il test, è necessario utilizzare i dati ottenuti in precedenza per calcolare il coefficiente di diffusione del materiale NCM, in cui pricipalmente ci preoccupiamo di circa 4 dati di tensione, uno è la tensione V0 prima della Scarica a impulsi; Uno è il costante in esilio elettrico tensione istantanea V1, la differenza tra V0 e V1 riflette principalmente l'influenza di impedenza di Ohm e di impedenza di trasferimento di carica sul cambiamento di tensione all'interno della batteria; Uno è la tensione V2 alla fine della potenza costante in esilio, dovuta principalmente al cambiamento di tensione causato dalla diffusione di li + nel materiale NCM; Uno è la tensione V3 alla fase statica ritardata, che è pricipalmente li + la diffusione interna della sostanza attiva ed infine realizza il cambiamento di tensione della sostanza attiva causata dallo stato costante.
Sulla base dei dati ottenuti sopra, così come la seconda legge di fyke, possiamo calcolare il coefficente di diffusione di li + in una batteria dello litio-ione usando la formula indicata qui sotto. Nella formula superiore NM è il numero di talpe, la VM è il volume molare, S è la zona di interfaccia, T è la durata dell'impulso di scarico, se assumiamo che le particelle NCM sono pellet rigidi, il raggio è RS, la formula superiore può essere convertito in Formula 2 inferiore. Tuttavia, possiamo anche notare alcuni problemi dalla seguente formula, per esempio, per i materiali con piattaforme a tensione molto piatta come LTO, LFP e grafite, nella gamma della piattaforma di tensione a causa del cambiamento molto piccolo vs, vicino a 0, con conseguente valore DS finale è anche vicino a 0, che è ovviamente impreciso.
Per affrontare questo problema, Zheng Shen (primo autore) e Chao-Yang Wang (corrispondenza autore) della Pennsylvania State University negli Stati Uniti ottimizzato i risultati del test Gitt con il metodo meno quadrati, migliorando così notevolmente la precisione del test Gitt.
La figura seguente mostra un modello di una semi-batteria abbottonata, un materiale molto sferico NCM, uno negativo estremamente metal li, e il modello di impedenza nella semi-batteria è mostrato nella forma seguente, il significato dei parametri nella formula è mostrato nella tabella seguente La figura seguente mostra i dati di prova presentati in base alla prima immagine all'inizio di questo articolo, utilizzando il LS-Gitt metodo di minimi quadrati e il metodo Gitt ordinario per testare il coefficiente di diffusione solido di materiali agli ioni di litio (figura A) e di errore (figura B sotto), in cui il raggio di particella di NCM materiale è RS = 5.3 um. Come si può vedere dalla figura A di seguito, il DS ottenuto dai due metodi analitici è sostanzialmente compreso tra 10-10-10-11cm2/s (SOC ﹥ 10%), che è essenzialmente coerente con il rapporto di letteratura, ma è possibile vedere una fluttuazione più piccola nei dati ottenuti utilizzando il LS-Gitt (Solid data point) metodo, Dall'analisi degli errori della figura B riportata di seguito, si può notare che l'errore del metodo ls-Gitt (Solid data point) è significativamente più piccolo di quello del normale metodo Gitt (punto dati vuoto), all'interno della maggior parte degli intervalli SOC (60%-100%)
La precisione del LS-Gitt è un ordine di grandezza superiore a quello di Gitt, il metodo Gitt tradizionale è più preciso nella gamma di SOC 20-60%, e una volta superato il range, l'accuratezza diminuisce significativamente, mentre il metodo ls-Gitt ottimizzato ha una precisione molto elevata nel range del 15%-100%. Il motivo per cui la precisione di Gitt è inferiore a ls-Gitt è soprattutto perché il metodo Gitt pensa che la sostanza attiva è principalmente la diffusione superficiale e trascura la capacità interna delle particelle di sostanza attiva, prendiamo il materiale di NCM come esempio, il L2/d è circa 5000S ed il tempo di impulso di scarico è 900s, anche se meno di 5000S, Tuttavia, non è soddisfatta con la circostanza che è molto di meno che, in modo da il valore reale di cambiamento di tensione non solo contiene il valore della diffusione di superficie, ma inoltre contiene il cambiamento di tensione causato dal cambiamento del SOC, che conduce alla grande costante di diffusione ottenuta usando il metodo tradizionale di Gitt.
Anche se in teoria possiamo migliorare la precisione di Gitt riducendo il tempo di Scarica del polso, è molto spiacevole che con la diminuzione del tempo di impulso, il cambiamento di VS diventerà più piccolo, e porterà ad una minore precisione di misura e aumento del rumore, che causerà anche la costante diffusione finale D errore per aumentare. In considerazione di alcuni problemi e deficienze del metodo Gitt tradizionale, Zhengshen il problema che il metodo Gitt non è sufficientemente accurato in alcuni range SOC introducendo l'approccio dei minimi quadrati, che migliora significativamente l'accuratezza computazionale del metodo di titolazione intermittente della corrente costante nella maggior parte dei range SOC e per la sostanza attiva li +
