锂离子电池膨胀仿真

大多数锂离子电池模型都利用了多孔电极的均质域公式,同时求解同一域中的电极相电位和电解质相电位,并通过使用源项来定义电极反应。在这些模型中,使用额外维度模拟锂扩散到固体电极粒子中,该维度表示电极中某一特定位置的平均粒子。在计算量相对较小时,这种建模方法具有很大优势,大多数模型都可以仅用一维公式来表示电极厚度 (加上用于定义粒子扩散维度的额外维度)。但是,使用上述方法无法捕捉到某些现象。例如,上述粒子扩散模型本质上假定为笛卡尔对称、圆柱形对称或球形对称,因此不允许模拟非常规粒子形状的影响,也不允许模拟微观和宏观孔隙分布的影响。如果不对多孔电极执行均质化处理,而是在模型几何中包含多孔电极的结构细节。这种模型称为异构模型。本节描述使用三维几何模拟的锂离子单电池的特性,模型来自于层析成像数据,此模型可更真实的模拟电极状态。在异构模型的基础上,还可以将粒子中的锂浓度分布与 “固体力学”接口中相应的体积膨胀以及由此产生的 von Mises 应力进行耦合,研究充放电此过程中锂离子脱嵌导致的电芯膨胀。