球形電極顆粒中的擴(kuò)散應(yīng)力研究.pdf

1、鋰離子電池在電動(dòng)汽車(chē)和電子領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。降低由擴(kuò)散應(yīng)力引起的電極力學(xué)失效風(fēng)險(xiǎn)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(zhǎng)，充放電速率快，安全性能高等特點(diǎn)的鋰離子電池。深入研究擴(kuò)散應(yīng)力的影響因素有利于通過(guò)控制和優(yōu)化這些因素來(lái)降低應(yīng)力，提升鋰離子電池的使用性能。本論文利用單相擴(kuò)散模型研究了恒壓充放電過(guò)程中非均勻初始濃度對(duì)擴(kuò)散應(yīng)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(dǎo)致的嵌鋰機(jī)制的轉(zhuǎn)變對(duì)

2、擴(kuò)散應(yīng)力的影響。本論文的主要工作分為以下幾點(diǎn):
　　1、單相嵌鋰時(shí)，其充放電過(guò)程遵循單相嵌鋰規(guī)律，擴(kuò)散應(yīng)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(kuò)散模型研究了球形電極顆粒中非均勻初始濃度對(duì)擴(kuò)散應(yīng)力的影響。文中通過(guò)控制上次放電時(shí)剩余電量的多少和設(shè)定兩次充放電的極限時(shí)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(kuò)散應(yīng)力的演化過(guò)程，發(fā)現(xiàn)非均勻初始濃度可以有效地降低擴(kuò)散應(yīng)力，剩余電量增加時(shí)擴(kuò)散應(yīng)

3、力隨之減小。文中進(jìn)一步比較了非均勻和均勻初始濃度下的最大徑向應(yīng)力，結(jié)果顯示，濃度的均勻化不利于降低再充時(shí)的擴(kuò)散應(yīng)力。
　　2、兩相嵌鋰時(shí)，充放電條件改變可能造成混溶間隙的消失進(jìn)而導(dǎo)致電極材料由兩相嵌鋰機(jī)制向單相嵌鋰機(jī)制轉(zhuǎn)變，這種轉(zhuǎn)變會(huì)引起濃度和擴(kuò)散應(yīng)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(yīng)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