基于comsol的电芯电化学充放电膨胀分析

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      锂离子电池从理论上来讲可以认为是一个浓差电池，正极和负极之间交替处于富锂和贫锂状态，利用正负极之间的电势差驱动锂离子电池在正负极之间移动，从而达到储存电能和释放电能的目的。但是在Li+嵌入和脱出正负极材料的过程中，会导致活性物质发生体积膨胀，从而在锂离子电池内部产生应力，特别是在嵌锂不均匀时，不同嵌锂状态的活性物质会产生不同的应变，因此导致颗粒内部产生极大的应力，导致颗粒产生裂纹和容量衰降。

      由于锂离子电池是一个封闭的体系，我们难以对正负极材料嵌锂过程中的反应进行直接的观测，因此建模也就成了了解锂离子电池内部反应机理最为有效的方式。一般来说，这样的建模需要包含两部分：1）电化学模型，模拟活性物质在充放电过程中的反应机理；2）机械模型，模拟活性物质在嵌锂后的形变情况。这种膨胀是可逆的。

      此次采用comsol软件的锂电池模块和力学模块，设计了一套从微观到宏观的锂电池电化学膨胀分析路线。

一、微观模型建立。

此次构建的是一个NMC电芯随机颗粒分布的微观模型，求解充放电过程中电芯膨胀变化。

 

电芯充放电下的膨胀变化 。

 

其中负极最大位移随电压变化如下：

 

另外我们针对微观部分 分别求解其力学性能。

二、多层电芯原位膨胀仿真分析    

多层电芯膨胀变化曲线图。

   

三、模组膨胀，在前面两步求解的基础上，转入abaqus进行模组求解。

通过从微观到宏观的逐层递进，完成锂电池电化学充放电膨胀的分析，以上模型仅供参考。

有兴趣的可以加我交流，谢谢 。