[发明专利]预测锂离子电池材料电化学性能的仿真方法、装置及设备

权利要求书

1.一种预测锂离子电池材料电化学性能的仿真方法，其特征在于，所述方法包括：

获取所述锂离子电池的电极材料的基本晶体结构参数，构建所述电极材料的晶体结构模型；

对所述晶体结构模型进行优化，获得总能量最低的最优化晶体结构参数；

依据所述最优化晶体结构参数构建出最优化晶体；

对所述最优化晶体进行能带计算，获取所述最优化晶体的能带、态密度及动力学参数；

对所述最优化晶体进行声子谱计算，获取所述最优化晶体的热力学参数；

合成具有所述最优化晶体结构参数的合成电极材料；

采用所述合成电极材料构建锂离子电池样品模型，并获取所述锂离子电池的尺寸参数；

对所述锂离子电池进行充放电循环测试、电池表面温度分布测试以及温升曲线测试；

构建所述锂离子电池的电化学-热耦合模型；

验证所述电化学-热耦合模型的有效性。

2.根据权利要求1所述的预测锂离子电池材料电化学性能的仿真方法，其特征在于，所述构建所述锂离子电池的电化学-热耦合模型具体包括：

依据所述热力学参数、所述动力学参数和所述锂离子电池的尺寸参数，基于电荷守恒、能量守恒和材料守恒方程构建所述锂离子电池的准二维电化学模型；

自所述锂离子电池的电芯厚度方向上划分出负极、隔膜、正极三个区域，采用有限元方法计算不同倍率充放电过程中的电压随时间变化的曲线和充放电过程中的产热速率；

基于Bernadi方程构建所述锂离子电池的三维热模型，所述三维热模型的热源与所述产热速率对应，对所述三维热模型进行计算获取所述锂离子电池在充放电过程中的温升曲线、温度分布数据和平均温度数据；

将所述三维热模型中的所述平均温度数据设为所述准二维电化学模型中所需的温度参数，实现电化学模型和热模型的双向耦合，从而构建出所述锂离子电池的电化学-热耦合模型。

3.根据权利要求2所述的预测锂离子电池材料电化学性能的仿真方法，其特征在于，所述验证所述电化学-热耦合模型的有效性包括：

依据所述充放电循环测试，获取所述锂离子电池在实际情况下不同放电时间对应的第一放电电压和不同充电时间对应的第一充电电压；

依据所述准二维电化学模型，获取不同放电时间对应的第二放电电压和不同充电时间对应的第二充电电压；

比较所述第一放电电压与所述第二放电电压的第一差值、所述第一充电电压与所述第二充电电压的第二差值；

当所述第一差值与第二差值各自的误差范围在第一预设误差范围内时，则所述电化学-热耦合模型符合第一有效条件。

4.根据权利要求3所述的预测锂离子电池材料电化学性能的仿真方法，其特征在于，所述验证所述电化学-热耦合模型的有效性进一步包括：

依据所述温度分布及所述温升曲线测试，获取所述锂离子电池在实际情况下的不同放电时间对应的第一电芯温度和不同充电时间对应的第二电芯温度；

依据所述三维热模型，获取不同放电时间对应的第三电芯温度和不同充电时间对应的第四电芯温度；

比较所述第一电芯温度与所述第三电芯温度的第三差值、所述第二电芯温度与所述第四电芯温度的第四差值；

当所述第三差值与第四差值各自的误差范围在第二预设误差范围内时，则所述电化学-热耦合模型符合第二有效条件。

5.根据权利要求4所述的预测锂离子电池材料电化学性能的仿真方法，其特征在于，所述验证所述电化学-热耦合模型的有效性进一步包括：

当所述电化学-热耦合模型同时符合所述第一有效条件和所述第二有效条件时，则所述电化学-热耦合模型为有效。

6.根据权利要求1所述的预测锂离子电池材料电化学性能的仿真方法，其特征在于，所述对所述晶体结构模型进行优化，获得总能量最低的最优化晶体结构参数进一步包括：

对所述晶体结构模型进行优化，基于绝热近似方法、哈特里-福克自洽场近似方法和密度泛函理论求解体系的Kohn-Sham方程，获得总能量最低的最优化晶体结构参数。