锂离子电池隔膜在压缩过程中的流固耦合效应

摘要

隔膜作为锂离子电池的重要组成部分,其对电池性能的影响至关重要.外载、锂离子嵌入/脱出和温度等影响导致电池组件产生应变并压缩较软的隔膜变形.多孔介质隔膜在受到压缩时的响应是由聚合物隔膜骨架的黏弹性和孔隙内部的电解液引发的孔隙弹性共同作用.为深入探讨隔膜在压缩过程中的孔隙弹性现象,本文建立了能够描述隔膜在不同应变率压缩下流固耦合效应的轴对称数学模型,模型同时引入了孔隙度和渗透率的动态特性,并利用数值模拟软件进行求解.该模型数值结果较文献中数值结果更接近实验数据.通过对隔膜内部孔隙压力、孔隙度和渗透率的研究,发现隔膜孔隙弹性效应会导致隔膜内部孔隙度和渗透率的分布不均.同时还利用该模型对隔膜的渗透率、几何尺寸、杨氏模量、泊松比、液体体积模量以及黏度开展了参数分析,探究了其对隔膜压缩过程中的孔隙弹性效应的影响.研究结果有助于深入认识锂离子电池隔膜孔隙弹性力学行为,同时还可为隔膜材料和几何参数的优化提供理论依据.