鋰電池解決方案

鋰電池解決方案

  鋰電池設計分為兩個過程:材料設計和電池設計。首先,從微觀方面對電池材料進行設計和優化,從而獲得材料參數;其次,從介觀方面對電池性能進行分析;最后,獲得電池材料參數、電池與電化學性能、參比電極位置優化等等。

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背景與現狀

  ?    為了減少對可再生資源的消耗和對環境的污染,電動汽車將是未來的發展方向。當前電動汽車中主要是使用鋰電池,在如此小的體積下進行高效轉換,對電池的容量、能量密度、壽命和安全性都有很高的要求。通過使用計算機對電池相關需求功能進行分析可以極大的減少耗時長和成本極高的電池材料改進和電池設計的前期實驗。因此,希望通過對電池包的虛擬分析來評估真實的電池包性能。此外,模擬可以更好的理解具體電池產生問題的原因。

  ?    隨著全球對高儲能電池需求的不斷增加,對其生產工藝、設計研發及成本控制提出了更高的挑戰。大多數電極具有相似的微觀和介觀結構,因此急需一套完整的節約成本和節省時間,以深入了解電化學、電極性能和電池性能的解決方案。

解決方案

  ?    在鋰電池的開發過程當中,引入數字材料實驗室GeoDict為材料設計和電池和電化學模擬工具BEST為電池設計。鋰電池的設計思路:(1)確定鋰電池材料與結構;(2)對鋰電池正極材料進行建模;(3)對鋰電池正極材料模型進行數字分析,包括幾何參數(孔隙、孔徑等)、導電參數、導熱參數、飽和參數、流動參數(濃度、路徑等)等分析;(4)基于數字分析獲得的材料參數,對電池性能進行分析,包括電池行為 (電池電壓)、局域電子和電勢分布、離子和電流、超電勢、熱源等;(5)生產制造樣品,進行試驗,確定最后的設計參數與流程。

  ?    鋰離子二次電池使用鈷酸鋰作正電極材料,以鈷酸鋰為正極的模擬仿真實例。

1.確定鋰電池正極結構

鈷酸鋰采用SEM掃描,將原始的2D圖像堆棧、分割和處理生成三維材料結構。再將鈷酸鋰三維材料結構添加一定比例的粘合劑,形成鈷酸鋰正極結構。

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2.鋰電池性能模擬   

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                    充電模擬                                                                      放電過程與電壓曲線             

3.參比電極放置

考慮三種放置參比電極的位置,對三種位置進行SOC與電壓曲線的分析,發現左圖為錯誤位置,右圖為正確位置。

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4.電化學和熱耦合模擬

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