锂离子电池硅负极材料充锂过程的跨尺度模拟方法

针对硅(Si)负极材料充锂(Li)过程产生的中间相如何引起其失效,依然缺少微观结构、性能与宏观现象上的关联,提出对Si负极材料充Li过程进行多尺度的计算模拟,建立多尺度耦合模型。该方法利用第一性原理计算与有限元模拟的跨尺度方法,揭示了锂离子电池Si负极充放电过程中原子结构及相稳定性的变化,计算了形成的不同中间相化合物的物理性能。随后利用有限元方法从介观尺度揭示了Si负极材料充Li过程的变形行为。跨尺度模拟结果表明,Si负极材料在充电过程中因形成不同中间相化合物会导致明显的体积膨胀。Si负极材料的膨胀会引起临近颗粒接触、挤压从而产生应力集中甚至发生失效,进而会降低电池的循环性能。