利用基于图像的有限元方法计算粒子的锂离子分布和扩散诱导应力

锂电池中真实粒子具有独特的微观结构，应在充放电循环过程中的化学力学行为分析中确定。本文基于图像有限元法为了研究实际粒子的体积膨胀、锂离子分布和扩散诱导应力(DIS)，开发了IBFEM。提出了一种基于阈值的分割方法，在改进各相位阈值的基础上提高分割精度。在IBFEM的基础上，得到了活性材料相、导电添加剂相和粘结剂相孔隙空间利用微结构图像进行分割和重建。在恒电流/恒电位充电过程中，模拟了基于图像的SnO2纳米颗粒的体积膨胀、锂离子分布和DIS。预测的锂化作用诱导SnO2纳米颗粒体积膨胀与实验结果基本吻合TEM．真实粒子的形状和大小对锂离子分布和DIS有重要影响。在锂化早期，浓度分布类似于真实粒子的边界，随着进一步的锂化逐渐消失。凹区附近的von Mises应力大于凸区附近的von Mises应力。等效半径较大的真实粒子的最大冯米塞斯应力要高于相同电荷态的较小粒子。考虑综合效应颗粒形状尺寸方面，在保证颗粒力学完整性的同时，可以适当增大尺寸。这些结果将有助于理解DIS在现实粒子中的演化，并可用于指导电极制备活性粒子的选择。

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