基于电化学-热-力耦合模型的快速充电下锂离子电池的老化特性分析

本文基于电化学-热-力(ETM)耦合模型,对快速充电下锂离子电池(LIB)的老化特性进行了数值研究.首先,通过COMSOL Multiphysics建立并求解了 ETM耦合模型.随后,对电池进行了长循环测试,以探索LIB的老化特性.具体而言,从SEI的非均匀分布、SEI生长、热稳定性和应力特性等方面分析了充放电倍率和循环次数的增加对电池老化的影响.结果表明,充放电倍率和循环的增加导致SEI不均匀程度的增加,以及因SEI生成所造成的电池容量损失也随之增加.同时充放电倍率和循环数的增加也分别导致电池的发热量增加和散热率降低,从而使得电极材料热稳定性下降.此外,随着循环的进行,正极材料的von Mi...

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Published in电化学（中英文） Vol. 30; no. 9; pp. 10 - 24
Main Authors 左东旭, 李培超
Format Journal Article
LanguageChinese
Published 上海工程技术大学机械与汽车工程学院,上海 201620 2024
Subjects
快充
Lithium-ion battery
老化特性
电化学-热-力耦合模型
锂离子电池
Aging characteristics
Electrochemical-thermal-mechanical coupling model
Fast charging
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ISSN1006-3471
DOI10.61558/2993-074X.3468

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Summary:本文基于电化学-热-力(ETM)耦合模型,对快速充电下锂离子电池(LIB)的老化特性进行了数值研究.首先,通过COMSOL Multiphysics建立并求解了 ETM耦合模型.随后,对电池进行了长循环测试,以探索LIB的老化特性.具体而言,从SEI的非均匀分布、SEI生长、热稳定性和应力特性等方面分析了充放电倍率和循环次数的增加对电池老化的影响.结果表明,充放电倍率和循环的增加导致SEI不均匀程度的增加,以及因SEI生成所造成的电池容量损失也随之增加.同时充放电倍率和循环数的增加也分别导致电池的发热量增加和散热率降低,从而使得电极材料热稳定性下降.此外,随着循环的进行,正极材料的von Mises应力高于负极材料,正极材料表现为拉伸变形,负极材料表现为压缩变形,正极的有效锂离子浓度低于负极的有效锂离子浓度,证明了电池正极材料在长循环下所发生的拉伸型断裂主导了容量损失过程.上述研究有助于研究人员进一步探索锂离子电池在快速充电条件下的老化行为,并采取相应的预防措施.
ISSN:1006-3471
DOI:10.61558/2993-074X.3468