球形電極顆粒中的擴散應力研究.pdf

1、鋰離子電池在電動汽車和電子領域具有廣泛的應用。降低由擴散應力引起的電極力學失效風險有助于發(fā)展具有能量密度高，充放電電壓穩(wěn)定，循環(huán)壽命長，充放電速率快，安全性能高等特點的鋰離子電池。深入研究擴散應力的影響因素有利于通過控制和優(yōu)化這些因素來降低應力，提升鋰離子電池的使用性能。本論文利用單相擴散模型研究了恒壓充放電過程中非均勻初始濃度對擴散應力的影響;利用core-shell兩相模型研究了相分離球形顆粒電極中混溶間隙變化導致的嵌鋰機制的轉變對

2、擴散應力的影響。本論文的主要工作分為以下幾點:
　　1、單相嵌鋰時，其充放電過程遵循單相嵌鋰規(guī)律，擴散應力受初始濃度分布的影響。在恒壓充放電條件下，利用單相擴散模型研究了球形電極顆粒中非均勻初始濃度對擴散應力的影響。文中通過控制上次放電時剩余電量的多少和設定兩次充放電的極限時間間隔獲得了多組非均勻初始濃度分布，接著給出了多種非均勻初始濃度情況下濃度和擴散應力的演化過程，發(fā)現非均勻初始濃度可以有效地降低擴散應力，剩余電量增加時擴散應

3、力隨之減小。文中進一步比較了非均勻和均勻初始濃度下的最大徑向應力，結果顯示，濃度的均勻化不利于降低再充時的擴散應力。
　　2、兩相嵌鋰時，充放電條件改變可能造成混溶間隙的消失進而導致電極材料由兩相嵌鋰機制向單相嵌鋰機制轉變，這種轉變會引起濃度和擴散應力分布的很大差異。利用旋節(jié)線不穩(wěn)定性分析近似地研究了不同電極顆粒尺寸和邊界反應速率下混溶間隙的變化規(guī)律，給出了混溶間隙隨兩者變化的相圖，并利用core-shell兩相模型研究了不同混溶