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财"#用烧结钕铁硼永磁材料重稀土晶间扩散技术研究邓飞柳超杨福平曹玉博(中国第一汽车股份有限公司技术中心，长春130011 &摘要：介绍了烧结钕铁硼永磁材料重稀土晶间扩散技术。
研究了该技术对烧结钕铁硼永磁材料磁性能的影响，包括对永磁材料重稀土用量的影响、扩散处理后重稀土浓度梯度对磁体分层磁性能的影响以及对永磁材料耐蚀性的影响。
研究结果为提升烧结钕铁硼永磁材料性能、降低重稀土元素用量，进而降低材料成本提供了一种有效的方法；同时，指出了该技术目前存在的问题和需要改进的方向。
关键词：烧结钕铁硼永磁材料重稀土晶间扩散磁性能中图分类号:TM27 文献标识码:A^ ----1—1刖<目前，以烧结钕铁硼（Nd2Fe14B)为代表的稀土 永磁材料是磁性能最高、应用最广的永磁材料。
随着新能源汽车的发展，烧结钦铁硼永磁材料已 经在混合动力汽车（H E V)、纯电动汽车（E V)等新 能源汽车领域成为最重要的功能材料；而且随着 汽车要求的进一步提升，对烧结钦铁硼永磁材料 的最高使用温度提出了更高的要求。
实际上，N dFe&B化合物矫顽力的理论极限值为7.3 T，但 N d-Fe-B系永磁合金实际矫顽力！"通常只有该 理论值的30%左右4，还有很大的提高空间。
目前，提高矫顽力（！")最有效的方法是采用重稀土 元素铽(！）和镝(D y)置换合金中的钕(Nd)元素，形成（Nd，Tb)2Fe14B或（Nd，Dy)2Fe14B。
但重稀土元 素储量极其稀缺（镝储量仅为钕储量的近1/9,铽作者简介:邓飞（1987—)，男，工程师，工学学士，主要研究方向为 新能源汽车驱动电机用磁性材料及其应用。
储量尚不足钦储量的1/30)，价格昂贵；另一方面，与N d元素不同，D y与Fe为反铁磁性耦合，所以这种元素置换方式会造成磁体的剩磁明显降低4。
因此，研发新的、少加甚至不加重稀土元素，同时提升最高使用温度和矫顽力的烧结钦铁硼永磁材料已成为目前钦铁硼研究领域的热点。
锂离子扩散系数的测定及影响因素分析锂离子扩散系数是衡量锂离子在材料中传导的能力的一个重要参数。
它的大小可以反映出材料的电导率和锂离子的迁移能力。
锂离子扩散系数的测定方法有很多种，其中常用的有电化学恒流扩散法（DCDF）、热化学扩散法（HCD）和电化学动力学（EIS）等。
电化学恒流扩散法是利用电化学反应产生的电流来测定锂离子扩散系数的方法。
在这种方法中，将测试样品与电极接触，然后通过调节电流大小来控制电化学反应的速率。
随着电流的增大，锂离子的迁移速率也会增大，从而使得锂离子扩散系数也会增大。
热化学扩散法是利用材料在加热过程中锂离子的迁移来测定锂离子扩散系数的方法。
在这种方法中，将测试样品加热到一定温度，然后通过测量样品的温度和锂离子浓度的变化来计算锂离子扩散系数。
电化学动力学是利用材料在电化学反应过程中电流的变化来测定锂离子扩散系数的方法。
在这种方法中，将测试样品与电极接触，然后通过扫描电位的方式来进行电化学反应，并测量电流的变化。
由于锂离子扩散系数与电流有关，因此可以通过分析电流的变化来推算出锂离子扩散系数。
锂离子扩散系数受到许多因素的影响，其中包括材料的结构、温度、pH值、电解质浓度和电位等。
材料的结构对锂离子扩散系数有很大影响。
例如，当材料的结构越来越纳米化时，锂离子扩散系数就会越来越大。
这是因为纳米材料的晶界面积比较大，锂离子可以更容易地在晶界间扩散。
温度对锂离子扩散系数也有很大影响。
随着温度的升高，锂离子的运动能力会增强，因此锂离子扩散系数也会增大。
pH值也会对锂离子扩散系数产生影响。
当pH值变化时，材料中的锂离子会发生电荷转移，这会导致锂离子扩散系数的变化。
电解质浓度也会影响锂离子扩散系数。
当电解质浓度增加时，电解质分子会增多，这会使得锂离子的迁移能力变差，导致锂离子扩散系数变小。
电位也是影响锂离子扩散系数的因素之一。
当电位变化时，材料中的锂离子会发生电荷转移，这会导致锂离子扩散系数的变化。
石墨的锂离子扩散系数介绍石墨是一种常见的炭质材料，具有优良的导电性能和化学稳定性，因此在锂离子电池中被广泛应用作为负极材料。
石墨的锂离子扩散系数是一个关键的物理参数，它决定了锂离子在石墨中的迁移速率和电池的充放电性能。
本文将从石墨结构、锂离子在石墨中的扩散机制以及影响锂离子扩散系数的因素等方面进行全面、详细、深入地探讨。
石墨结构石墨是由层状的石墨烯单元组成的材料。
石墨烯由六角形的碳原子构成，每个碳原子与其它三个碳原子形成共价键，形成sp2杂化轨道。
石墨烯的层与层之间由弱的范德华力相互作用，层内的碳原子通过σ键连接，形成一个二维的晶格结构。
石墨的层状结构使得锂离子可以在其间自由穿行。
锂离子在石墨中的扩散机制锂离子在石墨中的扩散主要是通过插层和迁移两个步骤进行的。
在插层过程中，锂离子从石墨表面进入到石墨层间的空隙中。
在迁移过程中，锂离子沿着石墨层内的通道扩散。
这两个过程是相互协调的，共同决定了锂离子在石墨中的扩散速率。
锂离子插入和迁移的速率受多种因素影响，如温度、压力、电势差等。
影响石墨锂离子扩散系数的因素影响石墨锂离子扩散系数的因素主要有以下几个：1. 结构缺陷石墨中的结构缺陷可以降低锂离子的扩散速率。
例如，石墨中的晶格缺陷会形成局部扩散阻挡，使得锂离子的迁移速率减慢。
2. 温度温度对锂离子在石墨中的扩散速率有显著影响。
通常情况下，温度越高，锂离子的能量越大，扩散速率也越快。
3. 石墨层间距石墨层间距的大小也会对锂离子扩散系数产生影响。
层间距越大，插层过程越容易进行，锂离子的扩散速率也越快。
4. 锂离子的浓度锂离子的浓度对其在石墨中的扩散速率有直接影响。
浓度越高，相同时间内扩散的锂离子数量越多，扩散速率也越快。
5. 粒径和形状石墨的粒径和形状对其锂离子扩散系数也有一定影响。
通常情况下，粒径越小，表面积越大，扩散速率也越快。
锂离子扩散系数的测量方法测量石墨中锂离子的扩散系数是研究锂离子电池性能的重要方法之一。
锂离子扩散系数原理1.引言1.1 介绍锂离子扩散系数的基本概念和重要性锂离子扩散系数是指可描述锂离子在固体材料中扩散的速度的物理量。
在锂离子电池中，锂离子的扩散速度直接影响着电池的充放电性能和循环寿命。
研究和了解锂离子扩散系数的基本概念和重要性对于改善锂离子电池性能具有重要意义。
锂离子扩散系数的大小直接决定了锂离子在电极材料中的扩散速度，从而影响着电池的充放电速率以及对外部电路的输出功率。
锂离子扩散系数还与电池的循环寿命和安全性息息相关，因为较小的扩散系数会导致电池内部产生极化现象，造成电池容量的衰减和热失控的风险增加。
深入了解和研究锂离子扩散系数的原理和影响因素，以及寻求提高锂离子扩散系数的方法，对于改善锂离子电池的性能具有积极的意义。
本文将会在后续正文部分探讨锂离子扩散系数的定义和原理、影响因素、测定方法以及在锂离子电池中的意义，以期为读者提供更加深入的了解和认识。
1.2 强调锂离子扩散对锂离子电池性能的影响锂离子扩散系数是决定锂离子在电池中传输速度的重要参数，直接影响着电池的充放电性能和循环稳定性。
在锂离子电池中，锂离子的扩散速率决定了电池的充放电速度和功率性能。
较高的锂离子扩散系数可以提高电池的充放电速率，从而改善电池的功率性能。
锂离子的扩散速率还直接影响电池的循环寿命和稳定性。
当电池经过多次充放电循环后，如果锂离子扩散速率下降，将导致电池容量衰减和循环寿命减少。
锂离子扩散系数对锂离子电池的性能具有重要影响。
在电池设计和材料选择中，必须考虑和优化锂离子的扩散系数，以实现更好的充放电性能和循环稳定性。
研究和提高锂离子扩散系数也是目前锂离子电池领域的热点和挑战之一。
通过深入理解锂离子扩散的原理和影响因素，并寻找提高扩散系数的方法，可以为锂离子电池的性能提升和技术突破提供重要的理论和实验基础。
1.3 提出文章的目的和结构文章的目的是深入探讨锂离子扩散系数的基本概念和重要性，以及其对锂离子电池性能的影响。
实战案例 | CITT 法测量锂电池Li 扩散系数1、CITT 测试方法(1)锂电池先以0.2 C 5A(C5是表示5小时率放电容量)电流充电/放电一次，电压范围为:放电截止电压2.75V 、充电截止电压4.2V ，然静止1h 后测量开路电压U OCV ；(2)CITT 容量法测试以静止后的开路电压为起始测试电压，先恒流CC 充电至3.5V ，然后在3.5V 恒压充电至电流趋向于0（0.01 C 5A ），电池内部电化学环境趋于稳态；(3)重复步骤（2），逐步充电到4.2V 。
其中CC-CV 充电的电压间隔大小可根据情况调整，每一次CITT 容量测试完毕后，在0.2 C 5A 放电至2.75V ，然后再进行下一循环的CITT 测试。
21 h 的C/LiNiMnCoO2电池在0.2 C 5A 恒流充电电流下测得的一次CITT 曲线2、锂离子扩散理论模型本实验根据球形扩散模型,恒压-恒流充电容量比值q 可以表示为：q =ξ15−2ξ3∑1a j 2∞j=1EXP(−a j 2ξ) ……[ 公式1 ]ξ=R 2(D ∗t G)⁄ ……[ 公式2 ] ξ无量纲；R 为颗粒半径，cm ；t G 为恒流充电时间，s ；D 为固相扩散系数，cm2/s ；3、数据分析将[公式1]、[公式2]在不同q值范围内通过最小二乘法对ξ进行线性拟合，最后得到的D=f(q)的系列方程，只要测试出颗粒半径R、CC-CV充电容量比值q以及恒即可得到扩散系数D。
流充电时间tG注：天然石墨材料半径取11-12um，人造石墨16um，磷酸铁锂材料取5-6um，锰酸锂8um，NCM材料半径5-6um（具体要根据当时材料实际的数据）。
锂离子扩散系数的测定及影响因素
方乾;张希;郭邦军;刘一晟
【期刊名称】《电池》
【年(卷),期】2022(52)3
【摘要】锂离子(Li^(+))扩散系数是电池电化学仿真建模必不可少的参数之一。
以锂离子电池正极材料LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_(2)(NCM811)为研究对象,通过理论分析与实验测试相结合,采用恒流间歇滴定法(GITT)测定固相材料中Li^(+)的扩散速率,解析Li^(+)在固相电极充放电过程中的扩散行为。
测得的Li^(+)在活性材料中的扩散系数为10-10~10^(-12)cm^(2)/s,主要集中在约10^(-11)
cm^(2)/s;充电和放电过程中,Li^(+)扩散系数都随着Li^(+)浓度的升高而降低,但由于活性物质颗粒的形变,充放电数值存在较明显的差异;温度对Li^(+)扩散系数影响较大,通过阿伦尼乌斯公式计算,得到Li^(+)扩散的活化能为7.061 kJ/mol。
【总页数】4页(P277-280)
【作者】方乾;张希;郭邦军;刘一晟
【作者单位】上海交通大学机械与动力工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TM912.9
【相关文献】
1.采用PITT与EIS技术测定锂离子电池正极材料LiFePO4中锂离子扩散系数
2.纳米Li4Ti5O12中锂离子扩散系数的测定和解析
3.磷酸铁锂正极材料中锂离子扩散
系数的测定4.锂离子扩散系数的测定及影响因素分析5.锂离子电池中Li^(+)扩散系数的测定方法
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文章编号：1006-3080(2021)02-0129-08DOI: 10.14135/ki.1006-3080.20191224004锂离子在石墨、MoS 2及其复合材料中扩散过程的分子模拟及量子力学研究张少阳， 刘 宇， 刘洪来（华东理工大学化学工程联合国家重点实验室，化工学院，上海 200237）摘要：锂离子在电极材料中的传递性能对电池的充放电速率起着至关重要的作用。
采用非平衡态分子动力学（NEMD ）方法，模拟了充电过程中锂离子在石墨、MoS 2及其复合材料（G/MoS 2）中的迁移过程，考察了锂离子的非平衡态扩散时间、平衡态扩散系数（D ）和吸附能，探究了石墨、MoS 2层间距及边缘结构对锂离子扩散的影响。
计算结果表明：锂离子的传递扩散系数与其自扩散系数间有5~7个数量级的差别；锂离子在石墨、MoS 2中迁移的最佳层间距分别为0.42、0.75 nm ；石墨边缘结构对锂离子迁移的促进效果依次为：C −OH>C −F>C ＝ O>C −H 。
G/MoS 2复合材料的分析结果表明：材料复合的均匀度越高，越有利于锂离子的扩散。
关键词：非平衡态分子动力学模拟；锂离子电池；扩散；G/MoS 2复合材料中图分类号：TM911文献标志码：A锂离子电池（LIBs ）是一种高效的能量存储装置，具有能量密度高、比体积小、寿命长、成本低等优点[1-4]。
在LIBs 中，石墨具有优异的物理化学性能和廉价易得的特性，是目前应用最为广泛的电极材料。
MoS 2具有与石墨相似的二维结构，且有较高的理论容量（670 mA·h/g ）。
MoS 2与石墨的复合材料（G/MoS 2）由于其性能一般优于单纯的石墨和MoS 2[5-7]，因而受到了学术界的广泛关注。
例如，Tiwari 等[8]合成了三维的G/MoS 2/G 复合材料，发现其比容量（1 260 mA·h/g ）和循环稳定性（循环100次后，比容量保持在810 mA·h/g ）都远高于MoS 2。
