[发明专利]一种基于电热耦合模型研究锂电池析锂的方法

说明书

本发明提供一种基于电热耦合模型研究锂电池析锂的方法，包括以下步骤：1)使用软件建立瞬态的一维锂离子电池电化学模型；2)在所述电化学模型中引入SEI膜和析锂电极副反应；3)在软件中建立三维热模型，并与所述电化学模型耦合，形成电热耦合模型，赋予电热耦合模型电池参数；4)分别划分所述电化学模型和三维热模型的网格；5)设置所述电化学模型和三维热模型初始化参数并计算。本发明通过在有限元软件中建立电化学‑热耦合模型，得到低温下，不同倍率下的三元锂离子电池充电曲线以及负极处固液相电势差曲线，可以判断电池是否析出锂晶体，得到析锂副反应的电流密度图，从机理上研究析锂问题，为研究锂电池的老化问题提供数据支持。

技术领域

本发明属于电化学领域，具体涉及一种基于电热耦合模型研究锂电池析锂的方法。

背景技术

自从进入二十一世纪以来，锂离子电池技术在智能手机、智能手表、平板电脑/笔记本电脑、电动自行车以及电动工具等各种应用中得到了广泛的应用。但是，锂离子电池也遇到了一定的瓶颈，例如SEI膜的生长造成电池的老化，锂离子的析出形成锂枝晶造成电池的老化以及安全性问题。

近年来，对于锂离子电池析锂问题的研究成为热点。对于锂离子电池析锂的机理问题成为了研究该问题的关键，能够对将来进一步的研究电池的老化和安全问题提供一个突破的方向。现有技术中研究析锂的方法是利用长时间的电池老化实验，将老化后的电池进行拆解，通过电镜扫描等方式来分析是否有锂离子的析出，实验时间长，拆解电池难度较大，且无法获得锂析出电流密度图，无法为研究锂电池的老化问题提供数据支持。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供了一种基于电热耦合模型研究锂电池析锂的方法，通过仿真的方式得到锂电池在低温下充电时会产生析锂电流，进而产生锂枝晶，获得锂析出电流密度图，该方法可以避免长时间的电池实验，解决了研究锂离子电池析锂困难的问题，为研究锂电池的老化问题提供数据支持。

本发明的技术方案是：一种基于电热耦合模型研究锂电池析锂的方法，包括以下步骤：

1)使用软件建立瞬态的一维锂离子电池电化学模型；

2)在所述电化学模型中引入SEI膜和析锂电极副反应；

3)在软件中建立三维热模型，并与所述电化学模型耦合，形成电热耦合模型，赋予电热耦合模型电池参数；

4)分别划分所述电化学模型和三维热模型的网格；

5)设置所述电化学模型和三维热模型初始化参数并计算，得到析锂的结果。

上述方案中，所述步骤1)使用COMSOL软件建立一维锂离子电池电化学模型。

上述方案中，所述步骤2)具体为：在所述电化学模型中负极的多孔电极下添加SEI膜与析锂的多孔电极副反应。

进一步的，初始的SEI膜的厚度为1*10^-9m，SEI膜副反应的平衡电位为0.4V，析锂副反应的平衡电位为0V。

上述方案中，所述步骤3)具体为：在所述电化学模型基础上，建立锂电池三维热模型，传热的方式是固体传热，与所述电化学模型形成耦合，并将电池的参数输入到电热耦合模型中，所述电化学模型为三维热模型提供热源及发热功率，三维热模型将温度反馈给电化学模型。

上述方案中，所述锂电池为18650锂电池。

上述方案中，所述步骤4)中电化学模型的网格为点网格，三维热模型的网格为薄壁自由四面体网格。

上述方案中，所述步骤5)将电化学模型和三维热模型的初始化参数设置为：初始电压为3V，初始充电电流为0.5～1.5C，总时间步长为2400-7200s，步长为24-72s。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：