多孔电池电极中锂离子浓度分布及扩散诱导应力的计算与实验观察

建立了基于吉布斯自由能的多孔电极多尺度模型，该模型考虑了锂离子的扩散、扩散诱导应力(DIS)和电极粒度的多分散性。用数值方法研究了粒径多分散度与浓度分布和DIS演化的关系。锂离子的分布是通过原位观察的颜色变化，在商业多孔石墨电极验证。模拟结果表明，在相同的宏观充电状态(SOC)/放电深度(DOD)下，小颗粒比大颗粒表现出更高的充放电程度和更快的充放电速率。此外，在特定SOC和DOD下，不同粒径颗粒的DIS是不同的，即在充放电过程中，多孔电极内部存在不均匀分布的应力场。因此，对于表征宏观平均充放电状态的SOC和DOD，应考虑微观SOC值和多孔电极中不同粒径颗粒质量分数的影响。此外，多孔电极中的颗粒断裂可能是由充放电周期中不同振幅的拉伸压缩DISs引起的。减小尺寸和尺寸多分散的电极颗粒易于减轻这些应力，从而提高电池性能。

http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/ente.201700075/full