2.2、电子、离子的有效电导率计算
正极中,活性物质的电子导电率很小,忽略不计。负极中,粘结剂相内导电材料比例很小,忽略其电子导电率。因此,离子、电子的电导率可由式(5)、(6)、(7)计算。
2.3、正极涂层中离子有效电导率的实验测量
极片制作成半电池,测量交流阻抗谱EIS,采用等效电路模型。从而通过试验数据计算出离子有效电导率。不考虑反应浓度分布和电子浓度分布,将极片制作成半电池,测量半电池的交流阻抗谱,如图2a和b所示,Rsol是与集流体和隔膜相关的电阻,交流阻抗谱中,45°直线斜率是离子有效电导率电阻,因此,离子有效电导率和孔隙迂曲度由式(8)计算:
(8)
其中,L为极片涂层的厚度,S为电极的面积。
2.4、正极涂层中电子有效电导率的实验测量
首先制备一系列不同导电剂含量的电极片,极片在一定的压力下采用四探针法直接测量电阻(图2c),将测量的结果作导电剂含量-电阻关系图,通过曲线反推至导电剂含量为0时的电阻值Rcont,则电子电导率可由式(9)计算:
(9)
当导电剂含量大于0.4时,电极电子电阻趋于常数值,本文中电子的电阻采用此常数值。
2.5、试验结果和模拟结果的对比
图2e是离子、电子有效电导率的实验值和基于重建结构的计算值的对比,另外给出了布拉格曼模型的理论计算值。实验值和计算值接近验证了模型的有效性,而理论值比实验值和模拟值都要高,往往过高估计电池倍率特性。
图2 离子、电子有效电导率实验测试方法
(a)(b)半电池交流阻抗谱试验测量离子有效电导率;(c)(d)在压力下直接测量电子有效电导率;(e)基于重构结构离子、电子有效电导率计算值与试验测试值对比
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