幾種鋰離子電池電極結(jié)構(gòu)的電學(xué)與力學(xué)性能研究.pdf

1、鋰離子電池是一種能反復(fù)使用的可充電電池，在工作過(guò)程中鋰離子在兩個(gè)電極之間不斷進(jìn)行著脫嵌——移動(dòng)——嵌入的循環(huán)過(guò)程。伴隨該過(guò)程，電極結(jié)構(gòu)的力學(xué)變形將與鋰離子的擴(kuò)散行為耦合影響。這一耦合效應(yīng)往往與電極的材料與結(jié)構(gòu)特性密切相關(guān)，決定著鋰離子電池的容量，使用壽命等重要指標(biāo)。本論文圍繞幾種電極結(jié)構(gòu)的電學(xué)與力學(xué)性能展開研究，建立了電極結(jié)構(gòu)連續(xù)介質(zhì)力學(xué)變形與離子擴(kuò)散耦合的理論模型，利用有限元仿真對(duì)所建立的模型進(jìn)行了定量分析，取得了如下創(chuàng)新性研究成果：

2、
　　首先，建立了柱形鋰離子電池電極在充電過(guò)程中電極結(jié)構(gòu)變形與鋰離子在電極結(jié)構(gòu)內(nèi)部擴(kuò)散行為的耦合理論模型，通過(guò)有限元軟件進(jìn)行定量仿真模擬計(jì)算，驗(yàn)證了電極表面“鎖死”現(xiàn)象。通過(guò)改變各種材料參數(shù)，得出了它們對(duì)擴(kuò)散過(guò)程的影響趨勢(shì)。較大的無(wú)應(yīng)力影響擴(kuò)散系數(shù)，較小的彈性模量、泊松比、偏摩爾體積都有利于電池的擴(kuò)散，并可以有效的推遲表面“鎖死”現(xiàn)象的發(fā)生。
　　其次，構(gòu)建中空柱形電極模型，通過(guò)改變中空電極內(nèi)部孔洞的尺寸，發(fā)現(xiàn)了電極內(nèi)部最大