鋰離子電池因其優(yōu)異的性能受到了很大的關(guān)注,在電子設(shè)備、動(dòng)力電池、能源儲(chǔ)備等方面應(yīng)用較為廣泛。然而,鋰離子電池由于復(fù)雜的構(gòu)造很難通過(guò)實(shí)驗(yàn)手段獲取電池的工作狀態(tài),無(wú)法獲取電池的工作性能,因此如何能確保電池最優(yōu)性能以及安全運(yùn)行具有重要意義。本文基于鋰離子電池機(jī)理模型對(duì)電池進(jìn)行了研究,從模型參數(shù)獲取、電池電化學(xué)行為、電池優(yōu)化等方面開(kāi)展。針對(duì)鈷酸鋰石墨全電池,采用實(shí)驗(yàn)手段如恒電流間歇滴定法（PITT）獲取正負(fù)電極固相擴(kuò)散系數(shù),采用辨識(shí)手段獲取電極初始嵌鋰量等電極內(nèi)部參數(shù),將獲取的參數(shù)代入機(jī)理模型中進(jìn)行仿真。結(jié)果表明仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果有較好的吻合性,最大誤差僅為4%,證明了模型具有較高的精度。在此基礎(chǔ)上,仿真了不同條件下電池的工作過(guò)程,結(jié)果表明放電過(guò)程中鋰離子自負(fù)極傳輸至正極,會(huì)導(dǎo)致負(fù)極電解液濃度升高、正極電解液濃度下降,大倍率放電結(jié)束時(shí)電極兩側(cè)液相濃差較大;放電過(guò)程中負(fù)極固相濃度下降,正極固相濃度升高,小倍率放電結(jié)束時(shí)電極兩側(cè)固相濃差較大;顆粒粒徑越小,鋰離子擴(kuò)散越充分,電池性能越優(yōu)越。分別提出優(yōu)化電池比能量和體積能量密度的方法,通過(guò)設(shè)計(jì)電池內(nèi)部參數(shù)如電極厚度、電極孔隙率、正負(fù)電極容量比等提高電... 

【文章來(lái)源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

電池優(yōu)化前后SEI膜的厚度變化

圖 1-5 參數(shù)優(yōu)化后電池的能量密度與電流密度關(guān)系[41]硅電極設(shè)計(jì)，需要考慮不同電池組件之間的相互作模型研究了硅電極中各種形態(tài)變化與電化學(xué)性能的關(guān)過(guò)程，仿真了硅半電池充放電過(guò)程中電化學(xué)阻抗變化進(jìn)行比對(duì)。根據(jù)循環(huán)過(guò)程中Nyquist圖發(fā)現(xiàn)由于SEI膜時(shí)電解液成分對(duì)硅電極孔隙率的改變有一定影響進(jìn)而使用 FEC 添加劑時(shí)將會(huì)在電極中形成更加穩(wěn)定的多孔的擴(kuò)散從而降低極化。Wang[45]等人提出了多物理場(chǎng)微化學(xué)反應(yīng)、鋰離子在固液相中的遷移、尺寸和應(yīng)力隨合關(guān)系，研究了電池的比容量與顆粒尺寸、液相鋰離drasekaran[46]等人仿真了硅復(fù)合電極/隔膜/鋰箔電池的的初始孔隙率有助于更好的利用活性物質(zhì)，在低倍率電極的厚度與孔隙率的大小對(duì)于活性物質(zhì)的利用影響電極最佳厚度與孔隙率，同時(shí)還定量表明相對(duì)于鋰離應(yīng)過(guò)程的快慢更加重要。

圖 2-1 鋰離子電池機(jī)理模型示意圖實(shí)際電池內(nèi)部反應(yīng)過(guò)程極其復(fù)雜，目前為止尚未能有一種模型可以完全將池內(nèi)部反應(yīng)描述出來(lái)，大多是通過(guò)簡(jiǎn)化內(nèi)部反應(yīng)過(guò)程來(lái)對(duì)實(shí)際反應(yīng)過(guò)程進(jìn)行表本模型中有以下幾條假設(shè)[32,33,35]：（1）電池反應(yīng)過(guò)程中不產(chǎn)生任何氣體，僅存在固相和液相過(guò)程（2）活性物質(zhì)顆粒設(shè)置為大小一樣的球形顆粒（3）電化學(xué)反應(yīng)符合 Bulter-Volmer 方程以正極鈷酸鋰、負(fù)極石墨為例，其工作原理如下：正極反應(yīng)為：LiCoO2 Li1-xCoO2+ xLi++ xe-(2-1負(fù)極反應(yīng)為：6C + xLi++ xe- LixC6(2-2總反應(yīng)為：6C + LiCoO2 LixC6+ Li1-xCoO2(2-3以放電過(guò)程為例進(jìn)行說(shuō)明，當(dāng)電池與外部負(fù)載連成回路時(shí)，負(fù)極失去電子


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