近幾年來,伴隨著科技的飛速發(fā)展,社會的高速進步,新能源問題矛盾日益突出,人們對于新能源的探索的積極性也越來越高。伴隨著氫氣、天然氣、太陽能、風能以及核能等新型能源的興起,人們對電能的使用,依賴性也比較之前有所提高,與之配套的電池技術的研究備受關注,其中鋰離子電池在現階段已研制的二次電池中,因為其相關技術所能獲得的電池能量是最高的,所以也是最受人們關注的。在本文的這項研究中,提出了一種結合了擴散應力和曲率效應球形彈性模型,研究了實心碳納米球電極材料在鋰離子脫出和嵌入過程中的擴散誘導應力相關問題。采用了單相擴散模型分析了恒電壓充放電條件下鋰離子初始濃度和電極尺寸對擴散應力的影響。采用了有限差分方法研究了鋰離子擴散引起的球殼應力的發(fā)生和演變,然后利用單相擴散材料數值模擬了鋰離子濃度對擴散應力的影響。通過控制鋰離子的初始濃度來計算球殼電極中鋰離子濃度的變化,然后改變電極材料的尺寸以探索實心碳納米球電極材料的徑向和周向應力。并根據相關計算結果進行對比,從而得出相應的鋰離子濃度的變化規(guī)律和實心碳納米球電極材料的徑向和周向應力的變化規(guī)律。 

【文章來源】：南京理工大學江蘇省 211工程院校

【文章頁數】：74 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

填充滿鋰離子的球殼

碩士學位論文實心碳納米球電極材料在鋰離子脫出和嵌入過程中的擴散應力研究233.建模運行結果3.1云圖分析3.1.1充電過程首先分析充電過程的云圖。當實心球形顆粒電極結構內徑為0，外徑為20納米，鋰離子初始濃度為0，電解液鋰離子相對濃度為1.0時相關數據云圖。圖5內徑為0，外徑為20納米，鋰離子初始濃度為0，電解液鋰離子相對濃度為1.0，c的數據云圖圖5為內徑是0，外徑是20納米，電解液鋰離子相對濃度為1.0時碳納米球內鋰離子相對濃度變化的示意圖，由于假設上一次放電過程完全，因此碳納米球邊界處鋰離子濃度等于電解液中鋰離子濃度始終不變，而結構內部初始鋰離子濃度為0。從圖中可以看出：在充電過程開始時，電解液內鋰離子嵌入碳納米球邊界，碳納米球內部并沒有鋰離子嵌入，隨著充電過程的進行，結構內部鋰離子相對濃度逐漸升高，靠近邊界處的相對鋰離子濃度變化最快。最終，碳納米球內相對鋰離子濃度達到穩(wěn)定，球心位置相對鋰

3.建模運行結果碩士學位論文24離子濃度最低，邊界位置鋰離子相對濃度最高且等于電解液內鋰離子相對濃度。圖6內徑為0，外徑為20納米，鋰離子初始濃度為0，電解液鋰離子相對濃度為1.0，r的數據云圖圖6為內徑是0，外徑是20納米，電解液鋰離子相對濃度為1.0時無量綱徑向應力0r的示意圖，從圖中可以看出：在充電過程開始時，外邊界無量綱徑向應力0r為0，這是由于碳納米球處于自由邊界狀態(tài)。大致在92%半徑處無量綱徑向應力0r達到最大值，而結構內部由于沒有鋰離子嵌入，其無量徑向綱應力0r為0。隨著充電過程的進行，最大無量綱徑向應力0r位置向球心移動，這與納米碳球內鋰離子濃度分布有關，而結構內部無量綱徑向應力0r也隨之增大。最后充電過程完成，結構內鋰離子達到飽和，碳納米球內部存在一個相對穩(wěn)定的應力。


本文編號：3342932