确定锂离子电池中离子扩散系数的方法、装置和设备

摘要

本申请涉及一种确定锂离子电池中离子扩散系数的方法、装置、设备和介质。该方法包括：获取锂离子电池的颗粒样品的电性曲线和显微图像；根据颗粒样品的显微图像，构建颗粒样品的几何模型；获取锂离子电池颗粒的控制方程；基于颗粒样品的几何模型，确定不同离子扩散系数的控制方程中的模型电性曲线；将与电性曲线的相似度最高的模型电性曲线对应的离子扩散系数，作为颗粒样品的离子扩散系数。使用该方法，能够基于颗粒样品的实际形状构建几何模型，相比传统技术中的球形假设，确定的离子扩散系数更加准确，使得技术人员在使用该离子扩散系数进行仿真实验时能够得到更准确的实验结果。

权利要求

1.一种确定锂离子电池中离子扩散系数的方法，其特征在于，所述方法包括：获取锂离子电池的颗粒样品的电性曲线和显微图像，所述电性曲线包括所述颗粒样品施加电压激励后的电流曲线、所述颗粒样品施加电流激励后的电压曲线、所述颗粒样品的阻抗谱中的任意一种；

根据所述颗粒样品的显微图像，构建所述颗粒样品的几何模型；

获取锂离子电池颗粒的控制方程，所述控制方程包括锂离子电池颗粒的几何参数、模型电性曲线和离子扩散系数之间的对应关系；

所述控制方程包括：所述锂离子电池颗粒内部的离子传输方程和所述锂离子电池颗粒表面的边界条件方程，其中：

所述锂离子电池颗粒内部的离子传输方程如下：其中，c为所述颗粒样品的几何模型内部的锂离子浓度，D为所述离子扩散系数，t为时间；

所述锂离子电池颗粒表面的边界条件方程如下：第一边界条件方程：

第二边界条件方程：

其中，n为所述颗粒样品的几何模型表面的法向矢量，D为所述离子扩散系数，j为所述颗粒样品的几何模型的表面的电流密度、 其中，i为电流值，A为截面矢量，F为法拉第常数，c0为初始时刻的锂离子浓度，ΔU为电压值， 为所述颗粒样品的几何模型的平衡电压对锂离子浓度的偏导数；

基于所述颗粒样品的几何模型，确定不同离子扩散系数的控制方程中的模型电性曲线；

将与所述电性曲线的相似度最高的模型电性曲线对应的离子扩散系数，作为所述锂离子电池的离子扩散系数。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取锂离子电池的颗粒样品的电性曲线，包括：

使用电化学工作站对稳态条件下的所述颗粒样品施加激励电压，测量并记录所述颗粒样品的电流值，得到所述颗粒样品的电流曲线；

或者，使用电化学工作站对稳态条件下的所述颗粒样品施加激励电流，测量并记录所述颗粒样品的电压值，得到所述颗粒样品的电压曲线；

或者，使用电化学工作站对稳态条件下的所述颗粒样品施加交流形式的激励电压，测量并记录所述颗粒样品的电流曲线，并将相同频率的激励电压值与所述电流曲线中的电流值相除，得到所述颗粒样品的阻抗谱；

或者，使用电化学工作站，对稳态条件下的所述颗粒样品施加交流形式的激励电流，测量并记录所述颗粒样品的电压曲线，并将相同频率的所述电压曲线中的电压值与激励电流值相除，得到所述颗粒样品的阻抗谱。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，获取锂离子电池的颗粒样品的显微图像，包括：

利用显微成像技术，通过检测设备对所述颗粒样品进行检测，得到所述颗粒样品的显微图像。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述检测设备包括光学显微镜、扫描电子显微镜、透射电镜中的至少一种。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述根据所述颗粒样品的显微图像，构建所述颗粒样品的几何模型，包括：提取所述颗粒样品的显微图像的轮廓；

按照所述颗粒样品的显微图像的轮廓，形成与所述颗粒样品的显微图像的轮廓相似度最高的球体或者椭球体，作为所述颗粒样品的几何模型；

或者，采用图像重构的方法，基于所述颗粒样品的显微图像，构建所述颗粒样品的几何模型。

6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述基于所述颗粒样品的几何模型，确定不同离子扩散系数的控制方程中的模型电性曲线，包括：若所述颗粒样品的电性曲线为所述颗粒样品施加所述电压激励后的电流曲线，则将所述激励电压作为所述电压值代入所述第二边界条件方程中，得到所述颗粒样品的几何模型内部的锂离子浓度；将得到的所述颗粒样品的几何模型内部的锂离子浓度代入所述第一边界条件方程中，并改变所述离子扩散系数的取值，得到不同离子扩散系数的控制方程中的模型电性曲线；

若所述颗粒样品的电性曲线为所述颗粒样品施加所述电流激励后的电压曲线，则将所述激励电流作为所述电流值代入所述第一边界条件方程中，得到所述颗粒样品的几何模型内部的锂离子浓度；将得到的所述颗粒样品的几何模型内部的锂离子浓度代入所述第二边界条件方程中，并改变所述离子扩散系数的取值，得到不同离子扩散系数的控制方程中的模型电性曲线；

若所述颗粒样品的电性曲线为阻抗谱，则将所述交流形式的激励电压作为所述电压值代入所述第二边界条件方程中，得到所述颗粒样品的几何模型内部的锂离子浓度；将得到的所述颗粒样品的几何模型内部的锂离子浓度代入所述第一边界条件方程中，得到所述电流值，再将相同频率下的激励电压值与所述电流值相除，并改变所述离子扩散系数的取值，得到不同离子扩散系数的控制方程中的模型电性曲线；

若所述颗粒样品的电性曲线为阻抗谱，则将所述交流形式的激励电流作为所述电流值代入所述第一边界条件方程中，得到所述颗粒样品的几何模型内部的锂离子浓度；将得到的所述颗粒样品的几何模型内部的锂离子浓度代入所述第二边界条件方程中，得到所述电压值，再将相同频率下的所述电压值与激励电流值相除，并改变所述离子扩散系数的取值，得到不同离子扩散系数的控制方程中的模型电性曲线。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述控制方程的模型电性曲线包括所述控制方程中的电流值对应的模型电流曲线或所述控制方程中的电压值对应的模型电压曲线或模型阻抗谱。

8.一种确定锂离子电池中离子扩散系数的装置，其特征在于，所述装置包括：参数获取模块，用于获取锂离子电池的颗粒样品的电性曲线和显微图像，所述电性曲线包括所述颗粒样品施加电压激励后的电流曲线、所述颗粒样品施加电流激励后的电压曲线、所述颗粒样品的阻抗谱中的任意一种；

模型构建模块，用于根据所述颗粒样品的显微图像，构建所述颗粒样品的几何模型；

方程构建模块，用于获取锂离子电池颗粒的控制方程，所述控制方程包括锂离子电池颗粒的几何参数、模型电性曲线和离子扩散系数之间的对应关系；

所述控制方程包括：所述锂离子电池颗粒内部的离子传输方程和所述锂离子电池颗粒表面的边界条件方程，其中：

所述锂离子电池颗粒内部的离子传输方程如下：其中，c为所述颗粒样品的几何模型内部的锂离子浓度，D为所述离子扩散系数，t为时间；

所述锂离子电池颗粒表面的边界条件方程如下：第一边界条件方程：

第二边界条件方程：

其中，n为所述颗粒样品的几何模型表面的法向矢量，D为所述离子扩散系数，j为所述颗粒样品的几何模型的表面的电流密度、 其中，i为电流值，A为截面矢量，F为法拉第常数，c0为初始时刻的锂离子浓度，ΔU为电压值， 为所述颗粒样品的几何模型的平衡电压对锂离子浓度的偏导数；

参数确定模块，用于基于所述颗粒样品的几何模型，确定不同离子扩散系数的控制方程中的模型电性曲线；

系数确定模块，用于将与所述电性曲线的相似度最高的模型电性曲线对应的离子扩散系数，作为所述锂离子电池的离子扩散系数。

9.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至7中任一项所述的方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述的方法的步骤。

说明书

确定锂离子电池中离子扩散系数的方法、装置和设备

技术领域

[0001] 本申请涉及锂离子电池材料测量技术领域，特别是涉及一种确定锂离子电池中离子扩散系数的方法、装置和设备。

背景技术

[0002] 随着新能源技术的发展，由于锂离子电池具有能量密度高、循环寿命长、自放电率低、无记忆效应的优点，成为了目前最适合于电动车的动力源。而锂离子电池的活性颗粒的
离子扩散系数是重要的动力学参数，决定了锂离子电池的性能，因此，为了对锂离子电池进
行仿真或者设计出更合理的电池电极结构，需要测量锂离子电池颗粒材料的离子扩散系
数。

[0003] 传统技术中，假设锂离子电池的颗粒材料为球形，然后基于球形颗粒，使用经典理论公式估算该颗粒材料的离子扩散系数。

[0004] 然而，球形假设对于大多数正极材料比较适用，但大多数负极材料的实际形状为层片状结构，不适用于球形假设。因此，对于非球形的锂离子电池的颗粒材料，使用传统技
术中的方案，测得的离子扩散系数不准确。导致使用传统技术得到的离子扩散系数进行电
池实验仿真得到的结果不准确。

发明内容

[0005] 基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够基于锂离子电池颗粒的实际结构，准确的求得锂离子电池颗粒的离子扩散系数的确定锂离子电池中离子扩散系数的方
法、装置和设备。

[0006] 一种确定锂离子电池中离子扩散系数的方法，方法包括：获取锂离子电池的颗粒样品的电性曲线和显微图像，电性曲线包括颗粒样品施加电压激励后的电流曲线、颗粒样
品施加电流激励后的电压曲线、颗粒样品的阻抗谱中的任意一种；根据颗粒样品的显微图
像，构建颗粒样品的几何模型；获取锂离子电池颗粒的控制方程，控制方程包括锂离子电池
颗粒的几何参数、模型电性曲线和离子扩散系数之间的对应关系；基于颗粒样品的几何模
型，确定不同离子扩散系数的控制方程中的模型电性曲线；将与电性曲线的相似度最高的
模型电性曲线对应的离子扩散系数，作为锂离子电池的离子扩散系数。

[0007] 在其中一个实施例中，获取锂离子电池的颗粒样品的电性曲线，包括：使用电化学工作站，对稳态条件下的颗粒样品施加激励电压，测量并记录颗粒样品的电流值，得到颗粒
样品的电流曲线；或者，使用电化学工作站，对稳态条件下的颗粒样品施加激励电流，测量
并记录颗粒样品的电压值，得到颗粒样品的电压曲线；或者，使用电化学工作站，对稳态条
件下的颗粒样品施加交流形式的激励电压，测量并记录颗粒样品的电流曲线，并将相同频
率的激励电压值与电流曲线中的电流值相除，得到颗粒样品的阻抗谱；或者，使用电化学工
作站，对稳态条件下的颗粒样品施加交流形式的激励电流，测量并记录颗粒样品的电压曲
线，并将相同频率的电压曲线中的电压值与激励电流值相除，得到颗粒样品的阻抗谱。

[0008] 在其中一个实施例中，获取锂离子电池的颗粒样品的显微图像，包括：利用显微成像技术，通过检测设备对颗粒样品进行检测，得到颗粒样品的显微图像。

[0009] 在其中一个实施例中，检测设备包括光学显微镜、扫描电子显微镜、透射电镜中的至少一种。

[0010] 在其中一个实施例中，根据颗粒样品的显微图像，构建颗粒样品的几何模型，包括：提取颗粒样品的显微图像的轮廓；按照颗粒样品的显微图像的轮廓，形成与颗粒样品的
显微图像的轮廓相似度最高的球体或者椭球体，作为颗粒样品的几何模型；或者，采用图像
重构的方法，基于颗粒样品的显微图像，构建颗粒样品的几何模型。

[0011] 在其中一个实施例中，锂离子电池颗粒的控制方程包括：锂离子电池颗粒内部的离子传输方程和锂离子电池颗粒表面的边界条件方程，其中：锂离子电池颗粒内部的离子
传输方程如下：

[0012]

[0013] 其中，c为颗粒样品的几何模型内部的锂离子浓度，D为离子扩散系数，t为时间；

[0014] 锂离子电池颗粒表面的边界条件方程如下：

[0015] 第一边界条件方程：

[0016] 第二边界条件方程：

[0017] 其中，n为颗粒样品的几何模型表面的法向矢量，D为离子扩散系数，j为颗粒样品的几何模型的表面的电流密度、 其中，i为电流值，A为截面矢量，F为法拉第常数，c0
为初始时刻的锂离子浓度，ΔU为电压值， 为颗粒样品的几何模型的平衡电压对锂
离子浓度的偏导数。

[0018] 在其中一个实施例中，基于颗粒样品的几何模型，确定不同离子扩散系数的控制方程中的模型电性曲线，包括：

[0019] 若所述颗粒样品的电性曲线为所述颗粒样品施加所述电压激励后的电流曲线，则将所述激励电压作为所述电压值代入所述第二边界条件方程中，得到所述颗粒样品的几何
模型内部的锂离子浓度；将得到的所述颗粒样品的几何模型内部的锂离子浓度代入所述第
一边界条件方程中，并改变所述离子扩散系数的取值，得到不同离子扩散系数的控制方程
中的模型电性曲线；

[0020] 若所述颗粒样品的电性曲线为所述颗粒样品施加所述电流激励后的电压曲线，则将所述激励电流作为所述电流值代入所述第一边界条件方程中，得到所述颗粒样品的几何
模型内部的锂离子浓度；将得到的所述颗粒样品的几何模型内部的锂离子浓度代入所述第
二边界条件方程中，并改变所述离子扩散系数的取值，得到不同离子扩散系数的控制方程
中的模型电性曲线；

[0021] 若所述颗粒样品的电性曲线为阻抗谱，则将所述交流形式的激励电压作为所述电压值代入所述第二边界条件方程中，得到所述颗粒样品的几何模型内部的锂离子浓度；将
得到的所述颗粒样品的几何模型内部的锂离子浓度代入所述第一边界条件方程中，得到所
述电流值，再将相同频率下的激励电压值与所述电流值相除，并改变所述离子扩散系数的
取值，得到不同离子扩散系数的控制方程中的模型电性曲线；

[0022] 或者，将所述交流形式的激励电流作为所述电流值代入所述第一边界条件方程中，得到所述颗粒样品的几何模型内部的锂离子浓度；将得到的所述颗粒样品的几何模型
内部的锂离子浓度代入所述第二边界条件方程中，得到所述电压值，再将相同频率下的所
述电压值与激励电流值相除，并改变所述离子扩散系数的取值，得到不同离子扩散系数的
控制方程中的模型电性曲线。

[0023] 一种确定锂离子电池中离子扩散系数的装置，该装置包括：

[0024] 参数获取模块，用于获取锂离子电池的颗粒样品的电性曲线和显微图像，电性曲线包括颗粒样品施加电压激励后的电流曲线、颗粒样品施加电流激励后的电压曲线、颗粒
样品的阻抗谱中的任意一种；

[0025] 模型构建模块，用于根据颗粒样品的显微图像，构建颗粒样品的几何模型；

[0026] 方程构建模块，用于获取锂离子电池颗粒的控制方程，控制方程包括锂离子电池颗粒的几何参数、模型电性曲线和离子扩散系数之间的对应关系

[0027] 参数确定模块，用于基于颗粒样品的几何模型，确定不同离子扩散系数的控制方程中的模型电性曲线；

[0028] 系数确定模块，用于将与所述电性曲线的相似度最高的模型电性曲线对应的离子扩散系数，作为所述锂离子电池的离子扩散系数。

[0029] 一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，处理器执行计算机程序时实现以下步骤：

[0030] 获取锂离子电池的颗粒样品的电性曲线和显微图像，电性曲线包括颗粒样品施加电压激励后的电流曲线、颗粒样品施加电流激励后的电压曲线、颗粒样品的阻抗谱中的任
意一种；

[0031] 根据颗粒样品的显微图像，构建颗粒样品的几何模型；

[0032] 获取锂离子电池颗粒的控制方程，控制方程包括锂离子电池颗粒的几何参数、模型电性曲线和离子扩散系数之间的对应关系；

[0033] 基于颗粒样品的几何模型，确定不同离子扩散系数的控制方程中的模型电性曲线；

[0034] 将与电性曲线的相似度最高的模型电性曲线对应的离子扩散系数，作为锂离子电池的离子扩散系数。

[0035] 一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：

[0036] 获取锂离子电池的颗粒样品的电性曲线和显微图像，电性曲线包括颗粒样品施加电压激励后的电流曲线、颗粒样品施加电流激励后的电压曲线、颗粒样品的阻抗谱中的任
意一种；

[0037] 根据颗粒样品的显微图像，构建颗粒样品的几何模型；

[0038] 获取锂离子电池颗粒的控制方程，控制方程包括锂离子电池颗粒的几何参数、模型电性曲线和离子扩散系数之间的对应关系；

[0039] 基于颗粒样品的几何模型，确定不同离子扩散系数的控制方程中的模型电性曲线；

[0040] 将与电性曲线的相似度最高的模型电性曲线对应的离子扩散系数，作为锂离子电池的离子扩散系数。

[0041] 上述确定锂离子电池中离子扩散系数的方法、装置和设备，通过对锂离子电池的颗粒样品进行实验测量，得到它的实验电性曲线和显微图像。然后根据颗粒样品的显微图
像，构建颗粒样品的几何模型，从而便于得到颗粒表面的法向矢量，并且由于该几何模型是
根据颗粒样品的显微图像构建的，从而构建出的几何模型的形状与颗粒样品的实际形状相
似，能够体现颗粒的实际物理结构。并构建对于该几何模型的控制方程，从而能够体现出锂
离子电池颗粒的几何参数、模型电性曲线和离子扩散系数之间的对应关系。再基于该几何
模型，调整控制方程中的离子扩散系数，得到对应的模型电性曲线。确定通过控制方程得到
的模型电性曲线的曲线中，与实验电性曲线相似度最高的模型电性曲线，此时的模型电性
曲线对应的离子扩散系数，即为锂离子电池颗粒样品的离子扩散系数。使用本申请的方法
求得的锂离子电池颗粒样品的离子扩散系数，由于是基于颗粒样品的实际形状构建的几何
模型，以及使用其控制方程求得的离子扩散系数，相比传统技术中的球形假设，确定的离子
扩散系数更加准确，使得技术人员在使用该离子扩散系数进行仿真实验时能够得到更准确
的实验结果。

附图说明

[0042] 为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本
申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以
根据这些附图获得其他的附图。

[0043] 图1为一个实施例中确定锂离子电池中离子扩散系数的方法的流程图；

[0044] 图2为一个实施例中锂离子电池颗粒的阻抗谱示例图；

[0045] 图3为一个实施例中锂离子电池颗粒的显微图像；

[0046] 图4为一个实施例中锂离子电池颗粒的显微图像的轮廓图；

[0047] 图5为一个实施例中确定离子扩散系数的方法的流程图；

[0048] 图6为一个实施例中确定锂离子电池中离子扩散系数的装置的结构示意图；

[0049] 图7为一个实施例中计算机设备的内部结构图。

具体实施方式

[0050] 为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述
的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本申请的公开内容更加透彻全面。

[0051] 除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具
体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。

[0052] 可以理解，本申请所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。

[0053] 需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件时，它可以是直接连接到另一个元件，或者通过居中元件连接另一个元件。此外，以下实施例中的“连接”，如果被连
接的对象之间具有电信号或数据的传递，则应理解为“电连接”、“通信连接”等。

[0054] 在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、
整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其
他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。

[0055] 正如背景技术所述，使用现有技术的方法测量得到的锂离子电池颗粒的离子扩散系数进行燃料电池仿真实验时，由于现有技术测得的锂离子电池颗粒的离子扩散系数不准
确，使得仿真实验得到的结果不准确。经发明人研究发现，出现这种问题的原因在于，现有
技术中，假设锂离子电池的颗粒为球形，然后基于球形假设，再估算锂离子电池颗粒的离子
扩散系数，然而实际中锂离子电池的负极材料多为层片状结构，与球形结构相差甚远，因
此，对于非球形的锂离子电池颗粒材料，仍旧使用球形假设来求其离子扩散系数，会导致求
得的离子扩散系数不准确。

[0056] 基于以上原因，本发明提供了一种能够基于锂离子电池颗粒的实际结构，准确的求得其离子扩散系数的确定锂离子电池颗粒离子扩散系数的方法。

[0057] 在一个实施例中，如图1所示，提供了一种确定锂离子电池中离子扩散系数的方法，该方法包括：

[0058] 步骤S100，获取锂离子电池的颗粒样品的电性曲线和显微图像。

[0059] 具体地，锂离子电池颗粒的电性曲线包括颗粒样品施加电压激励后的电流曲线、颗粒样品施加电流激励后的电压曲线、颗粒样品的阻抗谱中的任意一种。

[0060] 步骤S120，根据颗粒样品的显微图像，构建颗粒样品的几何模型。

[0061] 步骤S140，获取锂离子电池颗粒的控制方程。

[0062] 具体地，锂离子电池颗粒的控制方程包括锂离子电池颗粒的几何参数、模型电性曲线和离子扩散系数之间的对应关系。

[0063] 步骤S160，基于颗粒样品的几何模型，确定不同离子扩散系数的控制方程中的模型电性曲线。

[0064] 步骤S180，将与电性曲线的相似度最高的模型电性曲线对应的离子扩散系数，作为锂离子电池的离子扩散系数。

[0065] 在本实施例中，通过对锂离子电池的颗粒样品进行实验测量，得到它的实验电性曲线和显微图像。然后根据颗粒样品的显微图像，构建颗粒样品的几何模型，从而便于得到
颗粒表面的法向矢量，并且由于该几何模型是根据颗粒样品的显微图像构建的，从而构建
出的几何模型的形状与颗粒样品的实际形状相似，能够体现颗粒的实际物理结构。并构建
对于该几何模型的控制方程，从而能够体现出锂离子电池颗粒的几何参数、模型电性曲线
和离子扩散系数之间的对应关系。再基于该几何模型，调整控制方程中的离子扩散系数，得
到对应的模型电性曲线。确定通过控制方程得到的模型电性曲线的曲线中，与实验电性曲
线相似度最高的模型电性曲线，此时的模型电性曲线对应的离子扩散系数，即为锂离子电
池颗粒样品的离子扩散系数。使用本申请的方法求得的锂离子电池颗粒样品的离子扩散系
数，由于是基于颗粒样品的实际形状构建的几何模型，以及使用其控制方程求得的离子扩
散系数，相比传统技术中的球形假设，确定的离子扩散系数更加准确，使得技术人员在使用
该离子扩散系数进行仿真实验时能够得到更准确的实验结果。

[0066] 在一个实施例中，步骤S100包括：使用电化学工作站对稳态条件下的颗粒样品施加激励电压，测量并记录颗粒样品的电流值，得到颗粒样品的电流曲线。

[0067] 或者，步骤S100包括：使用电化学工作站对稳态条件下的颗粒样品施加激励电流，测量并记录颗粒样品的电压值，得到颗粒样品的电压曲线。

[0068] 或者，步骤S100包括：使用电化学工作站对稳态条件下的颗粒样品施加交流形式的激励电压，测量并记录颗粒样品的电流曲线，并将相同频率的激励电压值与电流曲线中
的电流值相除，得到颗粒样品的阻抗谱。

[0069] 或者，步骤S100包括：使用电化学工作站对稳态条件下的颗粒样品施加交流形式的激励电流，测量并记录颗粒样品的电压曲线，并将相同频率的电压曲线中的电压值与激
励电流值相除，得到颗粒样品的阻抗谱。

[0070] 具体地，颗粒样品处于稳态条件下是指，颗粒样品的电化学参数(如电极电势、电流密度、电极界面状态)变化微小或基本不发生变化的状态。可以使用电化学工作站来使颗
粒样品处于稳态。

[0071] 阻抗是一个复数，可表示为实部和虚部两个部分，因此阻抗谱以实部和虚部为xy轴，如图2所示。图2中，横坐标为该颗粒样品的实部阻抗，纵坐标为该颗粒样品的虚部阻抗，
实部阻抗越小的施加的激励信号的频率越大。

[0072] 在本实施例中，使用电化学工作站，使待测的颗粒样品处于稳态条件下，然后对该颗粒样品施加激励电压，测得对应的电流曲线；或者对该颗粒样品施加激励电流，测得对应
的电压曲线；或者对该颗粒样品施加交流形式的激励电流，计算得到该颗粒样品的阻抗谱；
或者对该颗粒样品施加交流形式的激励电压，计算得到该颗粒样品的阻抗谱。从而能够得
到颗粒样品的实验电性曲线，便于作为对照数据，在后续对该实验电性曲线进行拟合，使得
得到的离子扩散系数更加准确。

[0073] 示例性地，激励电压为大小为5mV‑10mV的直流电压信号，激励电流为大小为的电流信号。

[0074] 在一个实施例中，步骤S100还包括：

[0075] 步骤S1100，利用显微成像技术，通过检测设备对颗粒样品进行检测，得到颗粒样品的显微图像。

[0076] 具体地，检测设备包括光学显微镜、扫描电子显微镜、透射电镜中的至少一种。

[0077] 在本实施例中，利用显微成像技术，通过检测设备得到颗粒样品的显微图像，使得技术人员能够根据该显微图像得到颗粒样品的实际形状，便于构建与实际结构更加接近的
模型，提高仿真实验的准确性。

[0078] 示例性地，得到的颗粒样品的显微图像如图3所示。

[0079] 在一个实施例中，步骤S120包括：

[0080] 步骤S200，提取颗粒样品的显微图像的轮廓。

[0081] 步骤S220，按照颗粒样品的显微图像的轮廓，形成与颗粒样品的显微图像的轮廓相似度最高的球体或者椭球体，作为颗粒样品的几何模型。

[0082] 具体地，对颗粒样品的显微图像进行轮廓提取，其截取出颗粒样品的轮廓，然后将其近似为球体或者椭球体，将与该轮廓相似度最高的球体或者椭球体，作为颗粒样品的几
何模型。由于得到的几何模型是基于颗粒样品的实际轮廓得到的，所以采用该几何模型进
行仿真实验更为准确，并且椭球体的长轴和短轴不同，可以体现出该颗粒样品表面不同位
置的法向矢量之间的差异性，进而体现出该颗粒样品的各向异性，与真实情况更为相似。

[0083] 或者，步骤S120包括：采用图像重构的方法，基于颗粒样品的显微图像，构建颗粒样品的几何模型。

[0084] 具体地，使用计算机图像重构技术处理颗粒样品的显微图像，采用专用算法重构显微图像，得到重现了颗粒样品的实际结构的几何模型。

[0085] 在本实施例中，对颗粒样品的显微图像进行处理，得到与颗粒样品实际结构的轮廓相似度最高的球体或者椭球体的几何模型。或者采用图像重构的方法，得到颗粒样品的
实际几何模型。基于颗粒样品的实际结构，构建出颗粒样品的几何模型，使得该几何模型更
加贴近真实的颗粒样品结构，使用该模型进行仿真实验，得到的实验结果更加准确。

[0086] 示例性地，得到的颗粒样品的轮廓如图4所示，其中尺寸1和尺寸2分别表示该椭圆轮廓的短轴长度和长轴长度。

[0087] 在一个实施例中，锂离子电池颗粒的控制方程包括：锂离子电池颗粒内部的离子传输方程和锂离子电池颗粒表面的边界条件方程。其中：

[0088] 锂离子电池颗粒内部的离子传输方程如下：

[0089]

[0090] 其中，c为颗粒样品的几何模型内部的锂离子浓度，D为离子扩散系数，t为时间；

[0091] 锂离子电池颗粒表面的边界条件方程如下：

[0092] 第一边界条件方程：

[0093] 第二边界条件方程：

[0094] 其中，n为颗粒样品的几何模型表面的法向矢量，D为离子扩散系数，j为颗粒样品的几何模型的表面的电流密度、 其中，i为电流值，A为截面矢量，F为法拉第常数，c0
为初始时刻的锂离子浓度，ΔU为电压值， 为颗粒样品的几何模型的平衡电压对锂
离子浓度的偏导数。

[0095] 在本实施例中，提供了锂离子电池颗粒内部的离子传输方程和锂离子电池颗粒表面的边界条件方程。使用上述方程即可求得锂离子电池颗粒的离子扩散系数。

[0096] 在一个实施例中，步骤S160包括：若颗粒样品的电性曲线为颗粒样品施加电压激励后的电流曲线，则将激励电压作为电压值代入第二边界条件方程中，得到颗粒样品的几
何模型内部的锂离子浓度；将得到的颗粒样品的几何模型内部的锂离子浓度代入第一边界
条件方程中，并改变离子扩散系数的取值，得到不同离子扩散系数的控制方程中的模型电
性曲线。

[0097] 或者，步骤S160包括：若颗粒样品的电性曲线为颗粒样品施加电流激励后的电压曲线，则将激励电流作为电流值代入第一边界条件方程中，得到颗粒样品的几何模型内部
的锂离子浓度；将得到的颗粒样品的几何模型内部的锂离子浓度代入第二边界条件方程
中，并改变离子扩散系数的取值，得到不同离子扩散系数的控制方程中的模型电性曲线。

[0098] 或者，步骤S160包括：若颗粒样品的电性曲线为阻抗谱，则将交流形式的激励电压作为电压值代入第二边界条件方程中，得到颗粒样品的几何模型内部的锂离子浓度；将得
到的颗粒样品的几何模型内部的锂离子浓度代入第一边界条件方程中，得到电流值，再将
相同频率下的激励电压值与电流值相除，并改变离子扩散系数的取值，得到不同离子扩散
系数的控制方程中的模型电性曲线。

[0099] 或者，步骤S160包括：若颗粒样品的电性曲线为阻抗谱，则将交流形式的激励电流作为电流值代入第一边界条件方程中，得到颗粒样品的几何模型内部的锂离子浓度；将得
到的颗粒样品的几何模型内部的锂离子浓度代入第二边界条件方程中，得到电压值，再将
相同频率下的电压值与激励电流值相除，并改变离子扩散系数的取值，得到不同离子扩散
系数的控制方程中的模型电性曲线。

[0100] 具体地，控制方程的模型电性曲线为控制方程中的电流值对应的模型电流曲线或控制方程中的电压值对应的模型电压曲线或模型阻抗谱。

[0101] 在本实施例中，提供了当颗粒样品的电性曲线为电压曲线或者电流曲线或者阻抗谱时，分别对应的控制方程的计算过程。使用本实施例中的方法，可以得到当颗粒样品的电
性曲线为电压曲线时，使用控制方程计算得到的模型电压曲线。当颗粒样品的电性曲线为
电流曲线时，使用控制方程得到的模型电流曲线。颗粒样品的电性曲线为阻抗谱时，使用控
制方程得到的模型阻抗谱。从而能够得到实验电性曲线和模型电性曲线，便于后续将模型
电性曲线对实验电性曲线进行拟合，得到与实验电性曲线相似度最高的模型电性曲线。

[0102] 在一个实施例中，如图5所示，步骤S180包括：

[0103] 步骤S500，调整第一边界条件方程中的离子扩散系数，得到在不同的离子扩散系数下的颗粒样品的模型电性曲线。

[0104] 具体地，执行完步骤S500后，若颗粒样品的电性曲线为电流曲线，则执行步骤S510。若颗粒样品的电性曲线为电压曲线，则执行步骤S520。若颗粒样品的电性曲线为阻抗
谱，则执行步骤S530。

[0105] 步骤S510，确定与颗粒样品的电流曲线的相似度最高的模型电流曲线，并将对应的离子扩散系数作为锂离子电池的离子扩散系数。

[0106] 步骤S520，确定与颗粒样品的电压曲线的相似度最高的模型电压曲线，并将对应的离子扩散系数作为锂离子电池的离子扩散系数。

[0107] 步骤S530，确定与颗粒样品的阻抗谱的相似度最高的模型阻抗谱，并将对应的离子扩散系数作为锂离子电池的离子扩散系数。

[0108] 在本实施例中，导入颗粒样品的实验电性曲线，然后调整第一边界条件方程中的离子扩散系数，得到在不同离子扩散系数下的模型电性曲线。选取其中与颗粒样品的实验
电性曲线相似度最高的模型电性曲线，将此时对应的离子扩散系数作为颗粒样品的离子扩
散系数。通过这样的方式，能够准确的计算出锂离子电池颗粒材料的离子扩散系数。

[0109] 示例性地，可以使用MathWorks公司出品的商业数学软件matlab，将控制方程输入matlab中，导入颗粒样品的实验电性曲线数据，调用matlab中的拟合函数fmincon。设定控
制方程中离子扩散系数的调整范围，改变离子扩散系数的数值，得到不同离子扩散系数的
控制方程计算得到的模型电性曲线。选取其中与颗粒样品的实验电性曲线相似度最高的模
型电性曲线，将此时的控制方程中的离子扩散系数作为锂离子电池颗粒材料的离子扩散系
数。

[0110] 在一个实施例中，如图6所示，提供了一种确定锂离子电池中离子扩散系数的装置，该装置包括：参数获取模块901、模型构建模块902、方程构建模块903、参数确定模块
904、系数确定模块905。其中：

[0111] 参数获取模块901，用于获取锂离子电池的颗粒样品的电性曲线和显微图像，电性曲线包括颗粒样品施加电压激励后的电流曲线、颗粒样品施加电流激励后的电压曲线、颗
粒样品的阻抗谱中的任意一种。

[0112] 模型构建模块902，用于根据颗粒样品的显微图像，构建颗粒样品的几何模型。

[0113] 方程构建模块903，用于获取锂离子电池颗粒的控制方程，控制方程包括锂离子电池颗粒的几何参数、模型电性曲线和离子扩散系数之间的对应关系。

[0114] 参数确定模块904，用于基于颗粒样品的几何模型，确定不同离子扩散系数的控制方程中的模型电性曲线。

[0115] 系数确定模块905，用于将与电性曲线的相似度最高的模型电性曲线对应的离子扩散系数，作为锂离子电池的离子扩散系数。

[0116] 在一个实施例中，参数获取模块901，进一步包括：电性曲线获取单元、图像获取单元。其中：

[0117] 电性曲线获取单元，用于使用电化学工作站，对稳态条件下的颗粒样品施加激励电压，测量并记录颗粒样品的电流值，得到颗粒样品的电流曲线；或者，使用电化学工作站，
对稳态条件下的颗粒样品施加激励电流，测量并记录颗粒样品的电压值，得到颗粒样品的
电压曲线；或者，使用电化学工作站，对稳态条件下的颗粒样品施加的激励电压，测量并记
录颗粒样品的电流曲线，并将相同频率的激励电压值与电流曲线中的电流值相除，得到颗
粒样品的阻抗谱；或者，使用电化学工作站，对稳态条件下的颗粒样品施加的激励电流，测
量并记录颗粒样品的电压曲线，并将相同频率的电压曲线中的电压值与激励电流值相除，
得到颗粒样品的阻抗谱。

[0118] 图像获取单元，用于利用显微成像技术，通过检测设备对颗粒样品进行检测，得到颗粒样品的显微图像。

[0119] 在一个实施例中，模型构建模块902，进一步包括：轮廓提取单元、模型构建单元。其中：

[0120] 轮廓提取单元，用于提取颗粒样品的显微图像的轮廓。

[0121] 第一模型构建单元，用于按照颗粒样品的显微图像的轮廓，形成与颗粒样品的显微图像的轮廓相似度最高的球体或者椭球体，作为颗粒样品的几何模型。或者，采用图像重
构的方法，基于颗粒样品的显微图像，构建颗粒样品的几何模型。

[0122] 在一个实施例中，参数确定模块904，进一步包括：模型参数确定单元。其中：

[0123] 模型参数确定单元，用于若颗粒样品的电性曲线为颗粒样品施加电压激励后的电流曲线，则将激励电压作为电压值代入第二边界条件方程中，得到颗粒样品的几何模型内
部的锂离子浓度；将得到的颗粒样品的几何模型内部的锂离子浓度代入第一边界条件方程
中，并改变离子扩散系数的取值，得到不同离子扩散系数的控制方程中的模型电性曲线；

[0124] 若颗粒样品的电性曲线为颗粒样品施加电流激励后的电压曲线，则将激励电流作为电流值代入第一边界条件方程中，得到颗粒样品的几何模型内部的锂离子浓度；将得到
的颗粒样品的几何模型内部的锂离子浓度代入第二边界条件方程中，并改变离子扩散系数
的取值，得到不同离子扩散系数的控制方程中的模型电性曲线；

[0125] 若颗粒样品的电性曲线为阻抗谱，则将交流形式的激励电压作为电压值代入第二边界条件方程中，得到颗粒样品的几何模型内部的锂离子浓度；将得到的颗粒样品的几何
模型内部的锂离子浓度代入第一边界条件方程中，得到电流值，再将相同频率下的激励电
压值与电流值相除，并改变离子扩散系数的取值，得到不同离子扩散系数的控制方程中的
模型电性曲线；

[0126] 或者，将交流形式的激励电流作为电流值代入第一边界条件方程中，得到颗粒样品的几何模型内部的锂离子浓度；将得到的颗粒样品的几何模型内部的锂离子浓度代入第
二边界条件方程中，得到电压值，再将相同频率下的电压值与激励电流值相除，并改变离子
扩散系数的取值，得到不同离子扩散系数的控制方程中的模型电性曲线。

[0127] 应该理解的是，虽然图1和图5的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些
步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图1和图5中的
至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时
刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次
进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地
执行。

[0128] 关于确定锂离子电池中离子扩散系数的装置的具体限定可以参见上文中对于确定锂离子电池中离子扩散系数的方法的限定，在此不再赘述。上述确定锂离子电池中离子
扩散系数的装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块
可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机
设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。需要说明的是，本申
请实施例中对模块的划分是示意性的，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外
的划分方式。

[0129] 本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机
可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，
本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可
包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器(Read‑
Only Memory，ROM)、磁带、软盘、闪存或光存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器
(Random Access Memory，RAM)或外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM可以是多种
形式，比如静态随机存取存储器(Static Random Access Memory，SRAM)或动态随机存取存
储器(Dynamic Random Access Memory，DRAM)等。

[0130] 在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是服务器，其内部结构图可以如图7所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器和网络接口。
其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易
失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统、计算机程序和数据库。该
内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备
的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一
种确定锂离子电池中离子扩散系数的方法。

[0131] 本领域技术人员可以理解，图7中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备
可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。

[0132] 在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现上述各方法实施例中的步骤。

[0133] 在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述各方法实施例中的步骤。

[0134] 在本说明书的描述中，参考术语“有些实施例”、“其他实施例”、“理想实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特征包含于本发明的至少
一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性描述不一定指的是相同的实施
例或示例。

[0135] 以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛
盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

[0136] 以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来
说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护
范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。