锂离子电池二维电化学模型理论总结

锂离子电池二维电化学模型理论总结

锂离子电池在充放电过程中，电池极片内部的电化学过程具体包括三个方面：

第一，电子的传输：（1）电子在集流体与电极界面的传导；（2）多孔电极中的电子传导，传导路径为电极涂层中的固体组分，主要包含两个部分：活物质颗粒相和导电剂三维网络。在正极极片中，活物质颗粒的电导率很低，电子传导主要通过与粘结剂胶合在一起导电剂网络传输，导电网络分布在活性物质颗粒之间。因此，极片中电子的迁移通道由导电剂三维网络骨架组成，传导速率主要取决于涂层与集流体的界面结合状态，涂层中导电剂分布状态等因素。

第二，锂离子的传输：（1）锂离子在电极孔隙的电解液中的传输过程；（2）锂通过SEI膜的扩散过程；（3）锂在电极材料固体颗粒内部的扩散。

第三，电极/电解液界面处发生电荷交换：（1）电荷在电解液/电极界面的交换，伴随着电化学反应；（2）赝电容，在界面处形成双电子层。

锂离子电池伪二维（P2D）电化学模型示意图如图1所示，各线段分别表示铜集流体，负极涂层，隔膜，正极涂层，铝集流体。模型主要通过5个方程描述电化学反应过程。

（1）固相导电：电子的传导遵循欧姆定律；

（2）液相传质：锂离子在电解液传输，包括扩散，采用修正的菲克第二定律描述；迁移。

（3）固相扩散：锂离子在固体颗粒的扩散遵循菲克第二定律；

（4）液相导电：锂离子在电解液中传输所形成电流与电势的关系式；

（5）电极反应：在电解液-固体电极界面的电极反应采用Bulter-Volmer公式描述，电极中固相和液相的过电势是反应动力。