电池通常通过许多取决于更多参数的过程运行。您如何找到更多有关其中发生的事情的信息？一种方法是查看电池的电阻抗。应用程序库中可用的锂离子电池阻抗应用程序可用于解释特定的锂离子电池设计的阻抗，并以最小的努力来解释。它还可以帮助参数化系统，这是设置将来准确的时间依赖模型的有用步骤。
阻抗光谱：一种实验方法
电化学阻抗光谱（EIS）是电分析中一种非常广泛使用的技术。它用于研究电化学系统的谐波响应。对于电池，将小的正弦变化应用于两个电极之间的电势差，并以阻抗在频域中分析所得电流。通常，对开路电压应用扰动。
在电气分析中，阻抗是一个复杂的数量，其中包括真实和虚构成分。前者对应于具有施加电压的电阻内；后者是与施加电压的90°偏置电抗。阻抗的实际和虚构成分提供了有关细胞的动力学和质量传输特性及其电容性能的信息。通过测量一系列频率的阻抗，可以将系统各种物理的相对影响解释为其特征时间尺度的函数。
如何在锂离子电池中建模阻抗
锂离子电池中的几个过程表现出时间依赖性响应，这些响应可在频域中检测到。对于由两个多孔电极组成的典型锂离子电池，如下图所示，在中间有多孔分离器，以下过程负责：
- 电荷转移反应在活性电极材料的表面上。
- 电解质中的质量传输（扩散和迁移）。
- 锂在活性电极材料颗粒中的扩散。
- 在活性电极材料，电气导体和其他接口上更改双层电荷。
- 导电材料之间的接触电阻。
锂离子电池中的过程和材料。
这锂离子电池接口很容易解释所有这些现象。在电解质中，电荷和质量平衡均设立。在活性材料颗粒中，质量平衡得到解决。例如，电荷转移反应可以用管制 - 沃尔默动力学建模。在所有固相材料的表面，可以引入双层电流和膜电阻。接口中的所有方程都是基于瞬态描述。
对于阻抗建模，Comsol多物理软件会自动将这些方程式转换为频域，并在给定的电压和电流周围线性化。线性化方法与阻抗数据的谐波解释一致，并且可以使用它，因为对细胞电位的扰动选择为小。
如何解释阻抗数据？
显示系统阻抗的一种常见方法是用奈奎斯特图，其中阻抗的负面假想成分与阻抗的实际组成部分绘制了绘制。对于单个多孔电极（请参见上图），Nyquist图通常看起来如下所示。
Nyquist图和各种属性的贡献。
中高频窗口内的半圆显示了电极内材料上的双层充电以及不同电阻的贡献；例如，这些可能是由于电极材料和电阻膜的存在。其中一个半圆表明电荷转移反应的速率。
在较低的频率下，显示了“尾巴”。尾巴的形状主要受电解质和活性电极材料内的扩散影响。从本质上，它由扩散系数和电极材料的粒径。Nyquist图中最左侧点的真正阻抗给出了细胞内离子电导率和电导率的度量。
总而言之，阻抗提供了大量模型可以帮助组织的信息。一种方法是改变模型参数，以查明影响阻抗和以什么频率的影响，如下图所示。另外，人们可以通过优化程序将模型拟合到实验阻抗数据，并检查优化的属性。
Nyquist图随各种参数的变化。
锂离子电池阻抗应用程序
使用模拟应用程序，您可以快速，直接的方式破译实验性EIS测量。它通过将来自EIS测量的实验数据作为输入来函数，模拟这些测量值，然后通过参数估计将模型拟合到实验数据。
研究的电池电池设计由以下组件组成：
- 阳性多孔电极：NCA（Lini0.08公司0.15al0.05o2）活性材料，电导体和粘合剂。
- 负多孔电极：LTO（li4ti5o12）活性材料，电导体和粘合剂。
- 分离器：Celgard 2325。
- 电解质：1.2 m lipf6在EC中：EMC（3：7重量）。
拟合是针对从10 MHz到1 kHz的频率下的正极测量值。
电极和分离器的厚度以及当前的收集器区域以及电极的初始电荷可以改变细胞性质部分。一个实验数据部分使您能够导入要研究的所有测量阻抗数据。
在里面参数估计部分，选择了估计的控制参数。可用的参数包括交换电流密度，电阻层在颗粒上的电阻率，NCA的双层电容以及正极支持的双层电容。
这是用户界面优化时的外观：
锂离子电池阻抗应用程序。
在这种情况下，优化参数的幅度告诉我们是否存在相关的过程。是否有双层充电？由于有效颗粒上的膜电阻引起的电阻是否显着？电荷传输反应的速度有多快？这些参数也准备用于设置，例如，系统的时间相关电池模型。您还可以轻松地继续前进并基准不同的电池或从另一个电池电池进口阻抗数据，也许是一个年龄的电池。使用Comsol多物理学，有很多可能性！
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