一种锂离子电池硅基负极实时孔隙率预测方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种锂离子电池硅基负极实时孔隙率预测方法及系统，锂离子电池领域，方法包括获取硅基负极的各组分重量分数、密度、硅基负极初始孔隙率、各组分颗粒膨胀系数和电荷状态；硅基负极的组分包括活性材料和非活性材料；根据硅基负极的各组分重量分数、密度、各组分颗粒膨胀系数和电荷状态确定各组分颗粒实时体积；根据硅基负极初始孔隙率和各组分颗粒初始体积确定负极初始体积；根据硅基负极的活性材料组分重量分数、密度和负极初始体积确定负极的实时体积；根据负极的实时体积和各组分颗粒实时体积确定硅基负极实时孔隙率。本发明专利技术通过易获得的参数，降低实时孔隙率的难度。降低实时孔隙率的难度。降低实时孔隙率的难度。

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池硅基负极实时孔隙率预测方法及系统


[0001]本专利技术涉及锂离子电池领域，特别是涉及一种锂离子电池硅基负极实时孔隙率预测方法及系统。

技术介绍

[0002]锂离子电池电极孔隙率是一个重要的参数，影响着电池的电化学性能。具体而言，孔隙率与电极输运性能、内阻以及电池的循环性能息息相关。现有所测试的孔隙率主要关注极片初始孔隙率。但是，电极由于锂的嵌入和脱出会发生体积变化、孔隙率也会不断变化。掌握极片实时孔隙率变化对于分析电池性能至关重要。但遗憾的是，电极孔隙率的实时测量具有很大难度，因此亟需一种简单、精确的实时孔隙率预测方法。
[0003]孔隙率测试方法较多，多采用压汞法测试极片的孔隙率。现有的孔隙率测试方法虽然可以测得极片的孔隙率，但都是有损测量，且不适用于极片实时孔隙率的测量。因此需要发展理论预测方法研究极片实时孔隙率变化。
[0004]由于具有最高的比能量密度，硅被认为是最有前景的负极材料之一。目前硅基负极已在商业上小规模应用，但所添加的硅材料组分比例一般较低。这是由于硅材料在嵌锂过程中会发生很大的体积变形，在电极内部引起较大的应力，最终引起电极破坏和电化学性能的衰减。一般而言，电极组分颗粒的体积变形不仅会影响电极的孔隙率，而且也会影响电极体积。对于变形较小的活性材料，如石墨，孔隙率和电极体积变形变化不大，可以近似为孔隙率不变。但是对于硅基负极，硅材料的大体积变形可能会引起孔隙率较大变化。
[0005]因此，需要发展一种通过容易获得的参数进行实时孔隙率预测的方法。
专利
技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种锂离子电池硅基负极实时孔隙率预测方法及系统，通过易获得的参数，降低实时孔隙率计算和实验测量的难度。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0008]一种锂离子电池硅基负极实时孔隙率预测方法，包括：
[0009]获取硅基负极的各组分重量分数、密度、硅基负极初始孔隙率、各组分颗粒膨胀系数和电荷状态；所述硅基负极的组分包括活性材料组分和非活性材料组分；
[0010]根据硅基负极的各所述组分重量分数、所述密度、各所述组分颗粒膨胀系数和所述电荷状态确定各组分颗粒实时体积；
[0011]根据所述硅基负极初始孔隙率和各所述组分颗粒初始体积确定负极初始体积；
[0012]根据所述硅基负极的活性材料组分重量分数、所述密度和所述负极初始体积确定负极的实时体积；
[0013]根据所述负极的实时体积和各所述组分颗粒实时体积确定硅基负极实时孔隙率。
[0014]可选地，所述根据硅基负极的各所述组分重量分数、所述密度、各所述组分颗粒膨胀系数和所述电荷状态确定各组分颗粒实时体积，具体包括：
[0015]根据硅基负极的各所述组分重量分数和所述密度确定各组分颗粒初始体积；
[0016]根据各所述组分颗粒初始体积、各所述组分颗粒膨胀系数和所述电荷状态确定各组分颗粒实时体积。
[0017]可选地，各所述组分颗粒实时体积的表达式为：
[0018]V
p
‑
i
/V
p
‑
i0
＝1+η
i
SOC，
[0019]其中，V
p
‑
i
为i组分颗粒实时体积，V
p
‑
i0
为i组分颗粒初始体积，η
i
为i组分颗粒膨胀系数，SOC为电荷状态。
[0020]可选地，所述根据所述硅基负极的活性材料组分重量分数、所述密度和所述负极初始体积确定负极的实时体积，具体包括：
[0021]根据所述硅基负极的活性材料组分重量分数和所述密度确定硅基负极各活性材料占总活性材料的体积分数；
[0022]根据所述硅基负极的各组分重量分数、所述密度和所述负极初始体积确定硅基负极各活性材料组分占电池负极的体积分数；
[0023]根据所述硅基负极各活性材料组分占电池负极的体积分数、所述电荷状态和各所述组分中活性材料组分颗粒膨胀系数确定通用膨胀系数；
[0024]根据所述通用膨胀系数、所述硅基负极各活性材料占总活性材料的体积分数和所述负极初始体积确定负极的实时体积。
[0025]可选地，各活性材料占总活性材料的体积分数的计算公式为：
[0026][0027]其中，ξ
j
为活性材料j的体积分数，ω
j
为活性材料j的重量分数，ρ
j
为活性材料j的密度。
[0028]可选地，各所述活性材料组分占电池负极体积分数的计算公式为：
[0029][0030]其中，为活性材料j的体积分数，ω
j
为活性材料j的重量分数，ρ
j
为活性材料j的密度，ω
i
为组分i的重量分数，ρ
i
为组分i的密度，V0为负极初始体积，ε0是初始孔隙率。
[0031]可选地，所述通用膨胀系数的计算公式为：
[0032][0033]其中，g
j
为活性材料j的通用膨胀系数，为活性材料j占电池负极的体积分数，η
j
为活性材料j颗粒膨胀系数，SOC为电荷状态。
[0034]可选地，所述负极的实时体积的计算公式为：
[0035][0036]其中，V为负极的实时体积，V0为负极初始体积，ξ
j
为活性材料j占总活性材料的体积分数，η
j
为活性材料j颗粒膨胀系数，SOC为电荷状态，g
j
为活性材料j的通用膨胀系数。
[0037]可选地，所述硅基负极实时孔隙率的计算公式为：
[0038][0039]其中，ε为负极实时孔隙率，V
p
‑
i
为组分i颗粒实时体积，V为负极的实时体积，i为组分类型。
[0040]一种锂离子电池硅基负极实时孔隙率预测系统，包括：
[0041]获取模块，用于获取硅基负极的各组分重量分数、密度、硅基负极初始孔隙率、各组分颗粒膨胀系数和电荷状态；所述硅基负极的组分包括活性材料组分和非活性材料组分；
[0042]各组分颗粒实时体积确定模块，用于根据硅基负极的各所述组分重量分数、所述密度、各所述组分颗粒膨胀系数和所述电荷状态确定各组分颗粒实时体积；
[0043]负极初始体积确定模块，用于根据所述硅基负极初始孔隙率和各组分颗粒初始体积确定负极初始体积；
[0044]负极的实时体积确定模块，用于根据所述硅基负极的活性材料组分重量分数、所述密度和所述负极初始体积确定负极的实时体积；
[0045]硅基负极实时孔隙率确定模块，用于根据所述负极的实时体积和各所述组分颗粒实时体积确定硅基负极实时孔隙率。
[0046]根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：
[0047]本专利技术提供的一种锂离子电池硅基本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池硅基负极实时孔隙率预测方法，其特征在于，包括：获取硅基负极的各组分重量分数、密度、硅基负极初始孔隙率、各组分颗粒膨胀系数和电荷状态；所述硅基负极的组分包括活性材料组分和非活性材料组分；根据硅基负极的各所述组分重量分数、所述密度、各所述组分颗粒膨胀系数和所述电荷状态确定各组分颗粒实时体积；根据所述硅基负极初始孔隙率和各组分颗粒初始体积确定负极初始体积；根据所述硅基负极的活性材料组分重量分数、所述密度和所述负极初始体积确定负极的实时体积；根据所述负极的实时体积和各所述组分颗粒实时体积确定硅基负极实时孔隙率。2.根据权利要求1所述的锂离子电池硅基负极实时孔隙率预测方法，其特征在于，所述根据硅基负极的各所述组分重量分数、所述密度、各所述组分颗粒膨胀系数和所述电荷状态确定各组分颗粒实时体积，具体包括：根据硅基负极的各所述组分重量分数和所述密度确定各组分颗粒初始体积；根据各所述组分颗粒初始体积、各所述组分颗粒膨胀系数和所述电荷状态确定各组分颗粒实时体积。3.根据权利要求1所述的锂离子电池硅基负极实时孔隙率预测方法，其特征在于，各所述组分颗粒实时体积的表达式为：V
p
‑
i
/V
p
‑
i0
＝1+η
i
SOC，其中，V
p
‑
i
为i组分颗粒实时体积，V
p
‑
i0
为i组分颗粒初始体积，η
i
为i组分颗粒膨胀系数，SOC为电荷状态。4.根据权利要求1所述的锂离子电池硅基负极实时孔隙率预测方法，其特征在于，所述根据所述硅基负极的活性材料组分重量分数、所述密度和所述负极初始体积确定负极的实时体积，具体包括：根据所述硅基负极的活性材料组分重量分数和所述密度确定硅基负极各活性材料占总活性材料的体积分数；根据所述硅基负极的各组分重量分数、所述密度和所述负极初始体积确定硅基负极各活性材料组分占电池负极的体积分数；根据所述硅基负极各活性材料组分占电池负极的体积分数、所述电荷状态和各所述组分中活性材料组分颗粒膨胀系数确定通用膨胀系数；根据所述通用膨胀系数、所述硅基负极各活性材料占总活性材料的体积分数和所述负极初始体积确定负极的实时体积。5.根据权利要求4所述的锂离子电池硅基负极实时孔隙率预测方法，其特征在于，各活性材料占总活性材料的体积分数的计算公式为：其中，ξ<...

【专利技术属性】
技术研发人员：张兴玉，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：