COMSOL Multiphysics在锂离子电池中的应用

作为一种具有前景的能量存储系统，锂离子电池需要进一步提高能量密度、功率密度、可靠性和循环稳定性，以满足不断增长的大型能源存储、电动汽车和便携式电子设备需求。当前对锂离子电池的实验研究仍然面临多个挑战，这些挑战包括电解液的导电性和安全性、高能量负极的沉积-剥离机制的优化、高能量正极的循环电压和容量维持、高电流条件下的界面极化和容量释放，以及在极端电流-温度-针刺条件下的热失控管理等问题。这些问题涉及到电-化-力-热等多个场的耦合作用，需要进行协同优化处理。COMSOL Multiphysics提供了一种可行的工具，通过求解多物理场耦合的连续方程，能够同时考虑载流子浓度、电流密度、电-化学势、温度、应力/应变和几何形态等综合信息的演化。本文概述了该工具在锂离子电池的电解液、负极和正极设计等方面的研究，并聚焦于多场耦合对电池性能的综合影响、多场耦合模拟方法以及理论模拟与实验表征的结合。最后，本文对理论与实验联合研究中的多场和多尺度问题进行了展望。