锂离子电池复合正极的电化学—热耦合模型研究

发布时间：2020-09-21 07:58

　　锂离子电池因为具有工作电压高、比容量高、循环寿命长、自放电率低等优点,被认为是最具竞争力的二次电池,其目前已广泛应用于消费类数码产品。随着锂离子电池技术发展,其在电动汽车、储能电站等领域得到了应用,对于电池的性能提出了更加严苛的要求。目前的正极材料各有优缺点,难以满足锂离子电池对于正极材料的所有要求。通过对不同晶型的正极材料进行混合,制备的复合正极可以有效地扬长避短。但是对于复合电极的工作机理以及优化方向的研究仍比较欠缺。目前,随着计算机技术的发展,数值仿真技术得到广泛关注,通过建立锂离子电池数值模型,可以对电池的电化学行为、产热行为进行预测,并提出优化方向,能有效降低电池的设计成本。在本论文中,建立了基于可变固相扩散系数的LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2-LiFe0.15Mn0 85PO4(NCM-LFMP)复合电极模型。采用 COMSOL Multiphysics 软件求解电池模型,对于复合电极的电化学行为以及产热行为进行模拟分析。论文的主要成果如下:(1)针对材料在不同放电平台下存在的扩散属性差异现象,通过恒电流间歇滴定的方法获取在不同嵌锂态的材料的固相扩散系数。可变固相扩散系数可以在不提升模型复杂程度前提下,可以对材料的特性进行描述,进而改善模型的准确性。(2)建立了 NCM-LFMP复合电极模型,可以有效地预测不同混合比例复合电极的电化学性能,并对复合电极的工作机理、弛豫过程、极化现象进行分析,并针对LFMP粒径进行优化,并预测优化后性能,为复合电极的优化提供指导方向。(3)在复合电极电化学模型的基础上,建立电化学-热耦合模型,可预测电池的整体产热,并对热源进行分析。针对LFMP粒径进行优化,预测优化后相关的热性能,为电池的热管理提供指导方向。
【学位单位】：厦门大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TM912

【参考文献】