由于可以有效改善城市空氣質(zhì)量,降低城市噪音污染,新能源汽車特別是純電動汽車近年來取得了快速發(fā)展,雖然純電動汽車有了很大的進(jìn)步,但其普遍使用的鋰離子電池組的容量與壽命還是難以滿足人們的期望。鋰離子電池的壽命縮減與電池應(yīng)力息息相關(guān),較大的應(yīng)力會在活性顆粒層面,極片層面以及電池層面破壞電池內(nèi)部結(jié)構(gòu),導(dǎo)致容量下降,電池壽命縮短。然而,現(xiàn)階段用于研究電池應(yīng)力的模型主要停留在顆粒與極片上,能夠反映電池單體內(nèi)部應(yīng)力的模型很少。因此,建立有較高精確度的電池整體應(yīng)力模型對研究電池失效機(jī)理,估計電池壽命都有很重要的意義。此外,還可以提供緩解應(yīng)力的思路,指導(dǎo)電池的設(shè)計與使用。本文以一款商用軟包鋰離子電池為研究對象,利用電池充放電測試設(shè)備搭建了電池充放電應(yīng)力測試平臺,在不同初始外部壓力與不同充放電倍率的條件下,測試了電池大面的應(yīng)力變化數(shù)據(jù)與電池充放電性能數(shù)據(jù),為建立電池電化學(xué)-結(jié)構(gòu)耦合多尺度模型獲取驗證數(shù)據(jù)。為了尋找降低電池應(yīng)力并且提高充電性能的方法,分析了初始外部壓力與電池充放電倍率對于電池性能的影響。通過COMSOL Multiphysics軟件以同款電池為對象建立電化學(xué)-結(jié)構(gòu)耦合多尺度模型。首先以實驗工... 

【文章來源】：山東大學(xué)山東省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：98 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 研究背景與意義
        1.1.1 鋰離子動力電池的分類
        1.1.2 鋰離子動力電池的結(jié)構(gòu)
        1.1.3 鋰離子動力電池的應(yīng)力問題
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 活性顆粒層面的應(yīng)力研究
        1.2.2 極片層面的應(yīng)力研究
        1.2.3 電池層面的應(yīng)力研究
    1.3 本文的主要研究內(nèi)容
第2章 理論研究基礎(chǔ)
    2.1 鋰離子電池的工作原理
    2.2 多孔電極理論
    2.3 電化學(xué)-結(jié)構(gòu)耦合模型
        2.3.1 電化學(xué)模型
        2.3.2 結(jié)構(gòu)模型
        2.3.3 電化學(xué)模型與結(jié)構(gòu)模型的耦合方法
    2.4 仿真研究工具COMSOL Multiphysics介紹
    2.5 本章小結(jié)
第3章 三元鋰離子電池的充放電實驗研究
    3.1 電池充放電實驗平臺的搭建
    3.2 不同倍率下電池的充放電實驗
        3.2.1 實驗方案
        3.2.2 充放電倍率對電池電化學(xué)性能的影響
        3.2.3 充放電倍率對電池表面壓力的影響
    3.3 本章小結(jié)
第4章 三元鋰離子電池電化學(xué)結(jié)構(gòu)耦合多尺度建模方法
    4.1 電化學(xué)-結(jié)構(gòu)耦合多尺度建模
    4.2 模型驗證
        4.2.1 電化學(xué)模型驗證
        4.2.2 結(jié)構(gòu)模型驗證
    4.3 本章小結(jié)
第5章 三元鋰離子電池的應(yīng)力分析
    5.1 不同充放電倍率下電池內(nèi)部的應(yīng)力
    5.2 不同外部壓力下電池表面的壓力
    5.3 不同外部壓力下電池內(nèi)部的應(yīng)力
    5.4 不同充電方式對電池應(yīng)力的影響
        5.4.1 恒流-恒壓充電
        5.4.2 階段恒流充電
        5.4.3 脈沖恒流充電
    5.5 本章小結(jié)
總結(jié)與展望
參考文獻(xiàn)
致謝
攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文、專利及獲得的獎勵
學(xué)位論文評閱及答辯情況表


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]純電動汽車發(fā)展面臨的問題[J]. 王大為,羅悅齊.  汽車文摘. 2019(08)
[2]鋰離子電池壽命研究綜述[J]. 周志興,賈志學(xué),雷治國.  機(jī)電技術(shù). 2019(03)
[3]應(yīng)力對鋰離子電池中空碳包覆硅負(fù)極電化學(xué)性能的影響[J]. 孫鳳楠,馮露,卜家賀,張靜,李林安,王世斌.  物理學(xué)報. 2019(12)
[4]發(fā)展新能源汽車對環(huán)境保護(hù)的意義[J]. 張俊馳.  時代汽車. 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]高比能量鋰離子電池正極材料的研究進(jìn)展[J]. 熊凡,張衛(wèi)新,楊則恒,陳飛,王同振,陳章賢.  儲能科學(xué)與技術(shù). 2018(04)
[7]集流體塑性變形對鋰離子電池雙層電極中鋰擴(kuò)散和應(yīng)力的影響[J]. 宋旭,陸勇俊,石明亮,趙翔,王峰會.  物理學(xué)報. 2018(14)
[8]鈷酸鋰電池性能研究[J]. 馮莉原,宋凌珺,周興振,葛帥,向立明.  電源技術(shù). 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]鋰離子電池充電中斷誘導(dǎo)的應(yīng)力演化[J]. 趙炎翡,呂浡.  機(jī)械強(qiáng)度. 2018(01)

碩士論文
[1]鋰離子電池薄膜電極的擴(kuò)散誘導(dǎo)應(yīng)力和分層破壞[D]. 呂浡.上海大學(xué) 2013



本文編號：3159121