三元软包锂离子电池放电过程扩散诱导应力与热应力对比研究

为了明晰锂离子电池在放电过程中产生的扩散诱导应力和热应力对电池的影响，使用Comsol Multiphysics 6.0建立了18.5 Ah软包NCM111锂离子电池的电化学-力-热耦合模型，基于该模型对不同放电倍率下电池的负极颗粒中心表面锂浓度差、扩散诱导应力、热应力及膨胀行为进行了仿真分析。扩散诱导应力可通过一维电化学模型及其衍生的颗粒维度进行仿真分析，而热应力则需要通过三维固体力学和传热模型进行仿真。研究结果表明，随着放电倍率的增加，电池产生的扩散诱导应力和热应力都会增大，因此，低放电倍率有助于降低电池产生的应力。负极颗粒产生的扩散诱导应力与颗粒中心表面锂浓度差相关，颗粒中心与表面的锂浓度差随着放电过程的进行逐渐增大。将一维模型中的负极视为由无数负极颗粒组成的线段，放电前期，靠近隔膜端的颗粒中心与表面锂浓度差高于集流体端，放电后期则相反，这个变化发生的转折点在放电深度为60%～70%之间。这也意味着放电前期隔膜端的负极颗粒产生的扩散诱导应力大于集流体端的负极颗粒，也更容易破裂，而放电后期则相反。负极颗粒产生的扩散诱导应力大小为兆帕级，远高于电芯产生的大小为千帕级的热应力。同时，电...