基于应力场的锂离子电池正极多尺度失效研究
陈莹, 栾伟玲, 陈浩峰, 朱轩辰
无机材料学报
2022, 37 ( 8):
918-924.
DOI:10.15541/jim20210777
锂离子电池已广泛应用于动力和储能领域, 电池寿命是影响其进一步发展的关键因素。循环充放电过程中的电化学-力学多场耦合作用会导致正极材料发生机械损伤累积, 降低电极材料的结构稳定性并形成多尺度损伤, 从而缩短电池循环充放电寿命。本文通过总结团队在三元正极材料多尺度失效行为方面的研究成果, 系统介绍了不同尺度下实验与模拟相结合的电极材料损伤分析方法, 旨在为不同尺度下选取损伤分析方法提供参考。基于电化学循环实验表征、扩展有限元分析法(XFEM)、线性匹配法(LMM)等研究手段, 深入分析了电极材料在多尺度下的力学损伤机理。研究工作为电极材料的多尺度失效行为分析及结构改性提供了重要指导。
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图6
(a)电极在嵌锂/脱锂过程的示意图(NCM活性层涂覆在Al集流体上),(b)边界条件和在锂化阶段对电极施加的负载[20]
正文中引用本图/表的段落
为研究NCM极片在电化学循环过程中的力学损伤失效行为, 需先建立有限元分析模型(图6)来计算扩散诱导应力场, 采用的是理想弹塑性模型[7,18-19]。为了简化模型, 该几何模型中没有包含集流体, 但考虑到集流体对活性层底部的约束以及集流体的杨氏模量远远大于活性层的杨氏模量, 模型中对NCM活性层底部完全约束, 会使结果偏保守但保持足够的计算精度[20]。
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