如果这是锂离子电池极片,厚度为h,左边是集流体,右边是隔膜。在厚度方向上有三个颗粒,每个颗粒上有一个反应位点。嵌锂时,电子从集流体传输至涂层内,从左至右,电流密度越来越小。离子从隔膜中的电解液传输至涂层内,从右至左,电流密度越来越小。厚度各处截面,电流密度是电子流和离子流之和,并且各处相等。
锂离子电池极片厚度上各处截面电流密度相等,并且是电子流和离子流之和。各处截面的电子和离子在颗粒界面发生电荷交换反应,比如第一个颗粒处,局部电子流Ie1等于离子流Ii1。假设颗粒表面的局部电流密度为Iloc,颗粒比表面积为av,那么,有:Ie1=Ii1=av*Iloc。
施加在电极上的总电流密度在集流体处等于电子电流密度,在隔膜处等于离子电流密度,并且是电极厚度上所有局部反应电流密度之和,可以积分求得。
假设电极是均匀的,理想情况下,各处局部反应电流密度应该相等,确保颗粒荷电状态SOC一致。因此,理想的电流密度分布应该是从集流体到隔膜,电子流线性降低;从隔膜到集流体,离子流线性降低。任意阻碍电子和离子传输的因素,都会导致局部反应电流密度不均匀,引起SOC不一致。比如影响电子传输的有集流体界面接触电阻、导电剂网络,影响离子传输的有电解液电导率、液相和固相扩散系数、电极孔隙结构、SEI/CEI膜阻等。
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