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小木虫论坛-学术科研互动平台 » 化学化工区 » 电化学 » 电化基础 » 锂电池中扩散系数的计算
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294724317

捐助贵宾 (小有名气)

[求助] 锂电池中扩散系数的计算 已有3人参与

求问各位大神，我最近在计算锂电池中锂离子的扩散系数，因为循环伏安和阻抗都有做，所以根据两个不同的公式计算
4.jpg
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这里A是电极面积，Aw是Warburg系数。。结果发现这两个公式算出来的扩散系数相互之间差了好几个数量级，循环伏安算出来的要大很多，我想知道这是为什么。。。难道是因为循环伏安取的峰电流，所以那里发生化学反应，扩散系数就大一些么。。。那么这里我应该怎么说，两个结果又应该如何取舍呢？
还有就是我做的是过渡金属氧化物的材料，材料本身晶格中是没有锂的，那么这个Li离子浓度应该怎么算呢，我暂时用的电解液浓度，但是应该是不对的。。。
求大神解答一下。。或者有什么文献可以说说的么，Allen.J Bard的电化学书我也翻了一下，暂时没发现什么用得上的东西

锂电池中扩散系数的计算
3.jpg


锂电池中扩散系数的计算-1
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MaterialsInorganicChemistry;ACSSustainableChemistry;CatalysisScienceTechnology;DALTONTRANSACTIONS;PCCP;ChemCatChem;SustainableE;IndustrialEngineering
1楼 2015-01-23 00:43:38
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294724317

捐助贵宾 (小有名气)
自顶。。
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MaterialsInorganicChemistry;ACSSustainableChemistry;CatalysisScienceTechnology;DALTONTRANSACTIONS;PCCP;ChemCatChem;SustainableE;IndustrialEngineering
2楼2015-01-23 12:01:23
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landblink

新虫 (小有名气)
求高手
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3楼2015-01-29 23:23:02
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蜗牛梦

木虫 (著名写手)

【答案】应助回帖

一般来说，循环伏安计算出来的锂离子扩散系数要低于交流阻抗的值……而且，交流阻抗尽量不要用你这个简化的公式计算……过渡金属氧化物材料，很少有见到计算其锂离子扩散系数的，初始浓度你用电解液浓度肯定不对。再者：反应机理都不一样，一个是嵌入式电极材料，一个是转换式或者合金负极材料……
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蜗牛，为梦想而活！
4楼2015-01-30 00:57:31
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falldwon

至尊木虫 (著名写手)

【答案】应助回帖

★ ★ ★
294724317: 金币+3, ★★★★★最佳答案 2015-09-06 18:11:09
两个公式里面都有个A，这个A是电极面积，但是不是电极的横截面积，而是电极的实际面积
至少也是用电极材料的比表面积来计算
你做的过渡金属氧化物属于转化反应
首圈放电之后产物完全变了，电极材料的比表面积也完全变了，此时的比表面是无法计算的
所以过渡金属氧化物计算锂离子扩散系数是错的（当放电深度足够深发生转化反应的情况下）
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5楼2015-09-06 10:24:17
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yx0111

银虫 (小有名气)
引用回帖:
5楼: Originally posted by falldwon at 2015-09-06 10:24:17
两个公式里面都有个A，这个A是电极面积，但是不是电极的横截面积，而是电极的实际面积
至少也是用电极材料的比表面积来计算
你做的过渡金属氧化物属于转化反应
首圈放电之后产物完全变了，电极材料的比表面积也完 ...

您好，那如果是过渡金属氧化物想计算锂离子扩散系数该怎么计算呢？
见到Lithium-storage and cycleability of nano-CdSnO3 as an anode material for lithium-ion batteries
这篇文章中是进行一定量的充放电后，再通过D=πLf的公式计算的
那如果按照推理的反应式，在不同的充放电平台处终止电池，然后算出此时的锂离子浓度，再算其扩散系数可以吗？
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6楼2016-03-16 10:25:09
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falldwon

至尊木虫 (著名写手)

【答案】应助回帖

引用回帖:
6楼: Originally posted by yx0111 at 2016-03-16 10:25:09
您好，那如果是过渡金属氧化物想计算锂离子扩散系数该怎么计算呢？
见到Lithium-storage and cycleability of nano-CdSnO3 as an anode material for lithium-ion batteries
这篇文章中是进行一定量的充放电后， ...

这个公式里虽然没有用到比表面积，但是用到了L，和表面积是一个道理
这篇文章里用的颗粒的直径来算的
但是考虑到充放电过程中的粉化
不同充电深度的粉化程度不同，所以比表面积不同，颗粒大小不同
本文却用同一个L，明显有误
所以我认为这篇文章的锂离子扩散系数计算是错的。。。
想算扩散系数，你得先想个办法确定比表面才行
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7楼2016-03-16 11:26:37
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丰田

金虫 (正式写手)

【答案】应助回帖

Hi  你好
   对于阻抗计算锂离子扩散系数，有一个比较简略的方法，
用公式D = R2T2/2A2n4F4C2σ2. 所有的数字都是上标。 小木虫界面上打不出上标，所以把幂指数写在对应符号后边。
在此公式中，D 是所要计算的锂离子扩散系数，
R 气体常数， 8.314 JK-1mol-1
T 开尔文温度，如果是室温测试， T = 298K
A 电极面积
n 反应过程中转移的电子数
F 法拉第常数 96500C/mol
σ 是 直线拟合 Z’~ω-1/2的斜率
C 锂离子体相浓度 可以通过材料密度推导得出
C = n/V =m/M/V = ρV/M/V = ρ/M
公式中用到的M 的材料的摩尔质量

对应两篇文献 中文版 英文版
1 WANG X Y, CHENG Q, HUANG T, et al. Effect of Calcination Atmosphere on Li/Ni Disorder and Electrochemical Performance of Layered LiNi0. 5Mn0. 5O2[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2011, 27(2): 437-442.
link:
http://www.sciencedirect.com/sci ... i/S0013468611001952
2 Wang X, Hao H, Liu J, et al. A novel method for preparation of macroposous lithium nickel manganese oxygen as cathode material for lithium ion batteries[J]. Electrochimica Acta, 2011, 56(11): 4065-4069.
link:
http://www.sciencedirect.com/sci ... i/S0013468611001952
祝paper 多多，一切顺利
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8楼2016-08-29 23:21:07
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