一种基于弛豫时间分布的锂沉积动力学的解耦分析方法

本发明属于锂电池领域，具体涉及一种基于弛豫时间分布的锂沉积动力学的解耦分析方法。

背景技术：

1、智能电子设备、新能源电动汽车和集中式储能电站的发展在很大程度上依赖于高能量密度和高功率密度储能技术。金属箔具有密度高、导电性好、易于大规模制造等特性而成为具有吸引力的电极材料和优异集流体，有利于提高电池能量密度，所提供的电荷存储容量超过了基于石墨系统的最大理论值。因此，近年来人们越来越关注用金属箔作为锂电池负极。然而，目前为止人们对于各种金属箔负极的电化学性能还没有系统的深入研究，这严重影响了金属箔负极的商业化进度。

2、优异的电化学性能与稳定的锂动力学过程密切相关。当锂在负极上沉积时，锂动力学过程是评价其质量的重要指标之一，因此必须采用适当的方法来定量表征该动力学过程。

3、zhang团队(zhang,et al.the timescale identification decouplingcomplicated kinetic processes in lithium batteries,joule 6(2022)1-27.)提出弛豫时间分布可用于电池的动力学分析，也可以实现对电池荷电状态(soc)、健康状态(soh)的在线估计，chen团队(yuhui,et al.charging processes in lithium-oxygenbatteries unraveled through the lens of the distribution of relaxation times,chem 9(2023)1-15.)从弛豫时间分布的角度揭示了锂氧电池的充电过程。目前的都是通过弛豫时间分析过程中的阻抗为主。公开号为cn112784432a的专利申请公开了一种锂离子电池一阶rc等效电路动力学模型的动力学特性分析方法。但是一阶rc等效电路的拟合较为复杂且存在一定误差。公开号为cn114778633a的专利申请公开了一种用于电化学分析的单层颗粒电极以及电化学分析方法。但是该方法的过程较为繁琐且适用范围较小。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种可以直接根据极化过程的弛豫时间和其方差，在完整的电池系统中以无损的方式对锂在不同材料上的沉积动力学过程进行分析的锂沉积动力学的解耦分析方法。

2、本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于弛豫时间分布的锂沉积动力学的解耦分析方法，包括以下步骤：

3、s1、选择固体元素箔作为负极，锂片作为正极，lipf6作为电解液，组成一个半电池；

4、s2、对s1获得的半电池进行原位阻抗测试；

5、s3、利用drt对放电过程的原位阻抗进行解耦

6、s4、把drttool中的drt数据导出，在origin中根据drt数据进行绘图；

7、s5、把drt图的峰根据锂离子在负极上沉积过程中的锂离子动力学过程，分为四个过程：τ1为接触极化过程，对应接触阻抗；τ2为锂离子穿过sei膜的极化过程，对应sei膜的内阻；τ3为锂离子在电解质/电极界面处发生电荷转移反应的极化过程，对应电荷转移反应内阻；τ4为锂离子在电解液/负极材料中扩散相关的扩散极化过程，对应扩散内阻；

8、s6、计算每个过程的弛豫时间的方差；

9、s7、根据每个过程的弛豫时间和其方差对锂在负极材料上的沉积动力学进行分析。

10、步骤s3中，使用在matlab中运行的drttool对放电过程的原位阻抗进行解耦，公式为：

11、

12、式中ri是欧姆阻抗，zoil(ω)为极化阻抗，γ(lnτ)是弛豫时间分布函数；τ是弛豫时间，j是复数单位，ω是频率。

13、本发明的有益效果是：由于本发明通过drt解耦原位阻抗得到了锂动力学的时间常数，计算了每个过程的弛豫时间的方差，可以直接根据极化过程的弛豫时间和其方差，在完整的电池系统中以无损的方式对锂在不同材料上的沉积动力学过程进行分析。因为电池系统未被破坏，所以可以在相同的测试条件下对该电池系统进行电化学测试来验证评估结果。

技术特征：

1.一种基于弛豫时间分布的锂沉积动力学的解耦分析方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于弛豫时间分布的锂沉积动力学的解耦分析方法，其特征在于，步骤s3中，使用在matlab中运行的drttool对放电过程的原位阻抗进行解耦，公式为：

技术总结
本发明公开了一种基于弛豫时间分布的锂沉积动力学的解耦分析方法，包括以下步骤：S1、选择固体元素箔作为负极，锂片作为正极，LiPF<subgt;6</subgt;作为电解液，组成一个半电池；S2、对半电池进行原位阻抗测试；S3、对放电过程的原位阻抗进行解耦；S4、根据DRT数据进行绘图；S5、把DRT图的峰根据锂离子在负极上沉积过程中的锂离子动力学过程，分为四个过程；S6、计算每个过程的弛豫时间的方差；S7、根据每个过程的弛豫时间和其方差对锂在负极材料上的沉积动力学进行分析。本发明可以直接根据极化过程的弛豫时间和其方差，在完整的电池系统中以无损的方式对锂在不同材料上的沉积动力学过程进行分析。

技术研发人员：廖家轩,王思哲,谢擎宇
受保护的技术使用者：电子科技大学长三角研究院（衢州）
技术研发日：
技术公布日：2024/3/4