基于电化学-力耦合模型的锂离子电池充电过程中石墨颗粒的应力模拟

摘要

在锂离子电池的充放电过程中,随着电极颗粒中锂的嵌入和脱出,颗粒会发生膨胀和收缩而导致应力的产生,应力过大时会发生电极材料的脱落,破裂,致使电池内阻增加,循环性能下降,容量衰减,最终导致电池失效.本文对正负极椭球颗粒建立三维电化学-力耦合模型,计算了充电过程中电极颗粒的锂浓度分布以及负极石墨颗粒的应力分布,结果表明两个颗粒接触的部位应力较大,且过大的应力会削弱锂离子的脱嵌能力,导致两个负极颗粒接触的部位锂浓度较低而两个正极颗粒接触的部位锂浓度较高.此外,颗粒表面径向应力为零,径向应力最大值出现在颗粒中心;最大切向应力出现在两个颗粒接触的表面.