三元锂离子电池电化学-结构耦合多尺度建模与应力分析研究
发布时间：2021-04-25 09:11
由于可以有效改善城市空气质量,降低城市噪音污染,新能源汽车特别是纯电动汽车近年来取得了快速发展,虽然纯电动汽车有了很大的进步,但其普遍使用的锂离子电池组的容量与寿命还是难以满足人们的期望。锂离子电池的寿命缩减与电池应力息息相关,较大的应力会在活性颗粒层面,极片层面以及电池层面破坏电池内部结构,导致容量下降,电池寿命缩短。然而,现阶段用于研究电池应力的模型主要停留在颗粒与极片上,能够反映电池单体内部应力的模型很少。因此,建立有较高精确度的电池整体应力模型对研究电池失效机理,估计电池寿命都有很重要的意义。此外,还可以提供缓解应力的思路,指导电池的设计与使用。本文以一款商用软包锂离子电池为研究对象,利用电池充放电测试设备搭建了电池充放电应力测试平台,在不同初始外部压力与不同充放电倍率的条件下,测试了电池大面的应力变化数据与电池充放电性能数据,为建立电池电化学-结构耦合多尺度模型获取验证数据。为了寻找降低电池应力并且提高充电性能的方法,分析了初始外部压力与电池充放电倍率对于电池性能的影响。通过COMSOL Multiphysics软件以同款电池为对象建立电化学-结构耦合多尺度模型。首先以实验工...
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：98 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 研究背景与意义
1.1.1 锂离子动力电池的分类
1.1.2 锂离子动力电池的结构
1.1.3 锂离子动力电池的应力问题
1.2 国内外研究现状
1.2.1 活性颗粒层面的应力研究
1.2.2 极片层面的应力研究
1.2.3 电池层面的应力研究
1.3 本文的主要研究内容
第2章 理论研究基础
2.1 锂离子电池的工作原理
2.2 多孔电极理论
2.3 电化学-结构耦合模型
2.3.1 电化学模型
2.3.2 结构模型
2.3.3 电化学模型与结构模型的耦合方法
2.4 仿真研究工具COMSOL Multiphysics介绍
2.5 本章小结
第3章 三元锂离子电池的充放电实验研究
3.1 电池充放电实验平台的搭建
3.2 不同倍率下电池的充放电实验
3.2.1 实验方案
3.2.2 充放电倍率对电池电化学性能的影响
3.2.3 充放电倍率对电池表面压力的影响
3.3 本章小结
第4章 三元锂离子电池电化学结构耦合多尺度建模方法
4.1 电化学-结构耦合多尺度建模
4.2 模型验证
4.2.1 电化学模型验证
4.2.2 结构模型验证
4.3 本章小结
第5章 三元锂离子电池的应力分析
5.1 不同充放电倍率下电池内部的应力
5.2 不同外部压力下电池表面的压力
5.3 不同外部压力下电池内部的应力
5.4 不同充电方式对电池应力的影响
5.4.1 恒流-恒压充电
5.4.2 阶段恒流充电
5.4.3 脉冲恒流充电
5.5 本章小结
总结与展望
参考文献
致谢
攻读学位期间发表的学术论文、专利及获得的奖励
学位论文评阅及答辩情况表
【参考文献】：
期刊论文
[1]纯电动汽车发展面临的问题[J]. 王大为,罗悦齐. 汽车文摘. 2019(08)
[2]锂离子电池寿命研究综述[J]. 周志兴,贾志学,雷治国. 机电技术. 2019(03)
[3]应力对锂离子电池中空碳包覆硅负极电化学性能的影响[J]. 孙凤楠,冯露,卜家贺,张静,李林安,王世斌. 物理学报. 2019(12)
[4]发展新能源汽车对环境保护的意义[J]. 张俊驰. 时代汽车. 2019(05)
[5]Effects of stress dependent electrochemical reaction on voltage hysteresis of lithium ion batteries[J]. Haoliang LI,Yicheng SONG,Bo LU,Junqian ZHANG. Applied Mathematics and Mechanics（English Edition）. 2018(10)
[6]高比能量锂离子电池正极材料的研究进展[J]. 熊凡,张卫新,杨则恒,陈飞,王同振,陈章贤. 储能科学与技术. 2018(04)
[7]集流体塑性变形对锂离子电池双层电极中锂扩散和应力的影响[J]. 宋旭,陆勇俊,石明亮,赵翔,王峰会. 物理学报. 2018(14)
[8]钴酸锂电池性能研究[J]. 冯莉原,宋凌珺,周兴振,葛帅,向立明. 电源技术. 2018(03)
[9]Analytical modeling and simulation of porous electrodes: Li-ion distribution and diffusion-induced stress[J]. Liang Ji,Zhansheng Guo. Acta Mechanica Sinica. 2018(01)
[10]锂离子电池充电中断诱导的应力演化[J]. 赵炎翡,吕浡. 机械强度. 2018(01)
硕士论文
[1]锂离子电池薄膜电极的扩散诱导应力和分层破坏[D]. 吕浡.上海大学 2013
本文编号：3159121
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：98 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 研究背景与意义
1.1.1 锂离子动力电池的分类
1.1.2 锂离子动力电池的结构
1.1.3 锂离子动力电池的应力问题
1.2 国内外研究现状
1.2.1 活性颗粒层面的应力研究
1.2.2 极片层面的应力研究
1.2.3 电池层面的应力研究
1.3 本文的主要研究内容
第2章 理论研究基础
2.1 锂离子电池的工作原理
2.2 多孔电极理论
2.3 电化学-结构耦合模型
2.3.1 电化学模型
2.3.2 结构模型
2.3.3 电化学模型与结构模型的耦合方法
2.4 仿真研究工具COMSOL Multiphysics介绍
2.5 本章小结
第3章 三元锂离子电池的充放电实验研究
3.1 电池充放电实验平台的搭建
3.2 不同倍率下电池的充放电实验
3.2.1 实验方案
3.2.2 充放电倍率对电池电化学性能的影响
3.2.3 充放电倍率对电池表面压力的影响
3.3 本章小结
第4章 三元锂离子电池电化学结构耦合多尺度建模方法
4.1 电化学-结构耦合多尺度建模
4.2 模型验证
4.2.1 电化学模型验证
4.2.2 结构模型验证
4.3 本章小结
第5章 三元锂离子电池的应力分析
5.1 不同充放电倍率下电池内部的应力
5.2 不同外部压力下电池表面的压力
5.3 不同外部压力下电池内部的应力
5.4 不同充电方式对电池应力的影响
5.4.1 恒流-恒压充电
5.4.2 阶段恒流充电
5.4.3 脉冲恒流充电
5.5 本章小结
总结与展望
参考文献
致谢
攻读学位期间发表的学术论文、专利及获得的奖励
学位论文评阅及答辩情况表
【参考文献】：
期刊论文
[1]纯电动汽车发展面临的问题[J]. 王大为,罗悦齐. 汽车文摘. 2019(08)
[2]锂离子电池寿命研究综述[J]. 周志兴,贾志学,雷治国. 机电技术. 2019(03)
[3]应力对锂离子电池中空碳包覆硅负极电化学性能的影响[J]. 孙凤楠,冯露,卜家贺,张静,李林安,王世斌. 物理学报. 2019(12)
[4]发展新能源汽车对环境保护的意义[J]. 张俊驰. 时代汽车. 2019(05)
[5]Effects of stress dependent electrochemical reaction on voltage hysteresis of lithium ion batteries[J]. Haoliang LI,Yicheng SONG,Bo LU,Junqian ZHANG. Applied Mathematics and Mechanics（English Edition）. 2018(10)
[6]高比能量锂离子电池正极材料的研究进展[J]. 熊凡,张卫新,杨则恒,陈飞,王同振,陈章贤. 储能科学与技术. 2018(04)
[7]集流体塑性变形对锂离子电池双层电极中锂扩散和应力的影响[J]. 宋旭,陆勇俊,石明亮,赵翔,王峰会. 物理学报. 2018(14)
[8]钴酸锂电池性能研究[J]. 冯莉原,宋凌珺,周兴振,葛帅,向立明. 电源技术. 2018(03)
[9]Analytical modeling and simulation of porous electrodes: Li-ion distribution and diffusion-induced stress[J]. Liang Ji,Zhansheng Guo. Acta Mechanica Sinica. 2018(01)
[10]锂离子电池充电中断诱导的应力演化[J]. 赵炎翡,吕浡. 机械强度. 2018(01)
硕士论文
[1]锂离子电池薄膜电极的扩散诱导应力和分层破坏[D]. 吕浡.上海大学 2013
本文编号：3159121
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/qiche/3159121.html
