锂离子电池颗粒尺度下电化学-热-力过充模型

作     者：张袆柔 曾晓淇 李家星 任怡茂 吴伟雄 ZHANG Huirou;ZENG Xiaoqi;LI Jiaxing;REN Yimao;WU Weixiong

作者机构：暨南大学国际能源学院珠海519070 

基　　金：国家自然科学基金(批准号:52476200,52106244) 广东省自然科学基金(批准号:2024A1515030124) 南方电网公司科技项目(批准号:GDKJXM20230246(030100KC23020017)) 中央高校基本科研业务费专项资金资助的课题 

出 版 物：《物理学报》 (Acta Physica Sinica)

年 卷 期：2025年第74卷第3期

页      码：198-210页

摘      要：锂离子电池过充时,负极超过最大嵌锂浓度会发生表面析锂,而正极则处于贫锂状态导致颗粒内部应力升高,从而引发严重的寿命和安全问题.本文基于单层电芯颗粒尺度,建立了镍钴锰正极和石墨负极颗粒尺度下的三维电化学-力-热耦合过充模型,能够准确地反映充电过程中析锂和应力-应变规律.基于此,分析了充电倍率和负极颗粒半径设计参数对负极表面析锂的影响.结果表明:高倍率下析锂的触发电压较低,而低倍率下由于极化和温度较低的影响,过充至4.8 V时析锂浓度较高;相较于大粒径颗粒,小颗粒表面呈现最大锂离子浓度高、析锂过电位低、平均冯·米塞斯应力大,更容易发生析锂.在应力方面,探究了正极颗粒空间分布和热效应的影响,定义了接触深度因子J_(r),发现颗粒的接触深度与接触界面区域的应力成反比关系;而且,随着充电倍率增大,温度相关电化学参数显著变化,在计算颗粒层面应力时不能忽略.相关结果可为优化电池设计和充电管理策略提供理论依据和指导.

主 题 词：电化学热力耦合 过充 负极析锂 正极应力 

学科分类：0808[工学-自动化类] 08[工学] 

核心收录：

D　O　I：10.7498/aps.74.20240984

馆 藏 号：203157292...