锂电池极片结构

极片微结构的实在试验数据，一般选用随机模型生成电池极片微结构的简化图画，这与实践结构往往存在不同。

锂离子电池极片的微观结构对电池功能有重大影响。现在，选用计算机仿真技能能够模仿锂离子电池微观结构与电池功能的联系。但是，因为缺少电池极片微结构的实在试验数据，一般选用随机模型生成电池极片微结构的简化图画，这与实践结构往往存在不同。

苏黎世联邦理工学院的MartinEbner等人启动了一个电池微观结构项目，他们选用X射线断层扫描技能采集电池微观结构图画，免费供给下载锂离子电池多孔电极和隔膜的三维微观结构和电化学数据。

锂离子电池极片可当作一种复合材料，首要由四部分组成：(1)活性物质颗粒，嵌入或脱出锂离子，正极颗粒供给锂源，负极颗粒承受锂离子；(2)导电剂和黏结剂彼此混合的组成相(碳胶相)，粘结剂连结活物质颗粒，涂层与集流体，导电剂导通电子；(3)孔隙，填满电解液，这是极片中锂离子传输的通道；（4）集流体。

在电化学进程，极片涂层首要包括以下几个进程：（1）电子传输；（2）离子传输；（3）在电解液/电极颗粒界面发生电荷交流，即电化学反响；（4）固相内锂离子的分散。（详细进程解说拜见文章：锂离子电池极片机理）。极片微观结构中，颗粒粒径巨细和散布会影响锂离子分散途径和电化学反响比表面巨细，孔径巨细和散布会影响电解液的传输进程，孔隙迂曲度决定锂离子传输间隔，等等。这些微结构特征都会终究影响电池功能。

使用电池微观结构开源数据，科研工作者能够研究电池极片微结构特征，电池微观机理，以及微结构控制技能。比方使用这些电池极片三维数据生成有限元模型，将这些实在微观结构模型作为输入，仿真模仿电池的功能，建立微观结构与电化学功能之间的联系。咱们实践电池设计和制造者也能够选用这些数据直观认识和理解电池极片的微观结构特征，实现对极片微观结构的优化和更精确地控制。以下对开源数据简单说明，并示例三维立体图画重构进程。

电极微观结构开源数据首要是NMC111正极极片，包括活物质NMC111：粘结剂PVDF：导电剂SuperC65份额别离为90：5：5、92：4：4、94：3：3、96：2：2四种配方的极片，每种配方又别离阅历0T、300T、600T、2000T压力条件辊压，合计16种极片。因为X射线CT扫描分辨率约束，极片微观结构只能区分活物质颗粒和孔隙两相，碳胶相被当作了孔隙。电化学数据是将极片组装成纽扣半电池进行的测验。

选用ImageJ软件（免费开源软件，下载地址：http://imagej.net/Downloads）对极片图片序列进行三维立体图画重构示例，过程如下：

（1）从开源数据库下载BinaryData数据，如图1所示；

图1开源数据列表

（2）打开ImageJ软件，首先使用File>>Import>>ImageSequence指令以virtualstack方式导入二值化的图画序列（binarized文件夹），如图2所示；

图2导入二值化的图画序列

（2）然后构建三维模型，具体过程如下:Plugins>>3D>>3DViewer，操作过程如图3所示。

图3构建三维模型

（3）对图3视图能够进行操作，设置背景色彩，旋转视角，缩小扩大等，锂离子电池极片3D微观结构如图4所示。

图4锂离子电池极片3D微观结构

获取以上3D微观结构之后，咱们能够统计活物质颗粒粒径散布，孔隙率，孔道迂曲度等参数，如图5所示。

图5粒径散布和孔隙率散布