本文關鍵詞：幾種鋰離子電池電極結構的電學與力學性能研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：鋰離子電池是一種能反復使用的可充電電池,在工作過程中鋰離子在兩個電極之間不斷進行著脫嵌——移動——嵌入的循環(huán)過程。伴隨該過程,電極結構的力學變形將與鋰離子的擴散行為耦合影響。這一耦合效應往往與電極的材料與結構特性密切相關,決定著鋰離子電池的容量,使用壽命等重要指標。本論文圍繞幾種電極結構的電學與力學性能展開研究,建立了電極結構連續(xù)介質力學變形與離子擴散耦合的理論模型,利用有限元仿真對所建立的模型進行了定量分析,取得了如下創(chuàng)新性研究成果:首先,建立了柱形鋰離子電池電極在充電過程中電極結構變形與鋰離子在電極結構內(nèi)部擴散行為的耦合理論模型,通過有限元軟件進行定量仿真模擬計算,驗證了電極表面“鎖死”現(xiàn)象。通過改變各種材料參數(shù),得出了它們對擴散過程的影響趨勢。較大的無應力影響擴散系數(shù),較小的彈性模量、泊松比、偏摩爾體積都有利于電池的擴散,并可以有效的推遲表面“鎖死”現(xiàn)象的發(fā)生。其次,構建中空柱形電極模型,通過改變中空電極內(nèi)部孔洞的尺寸,發(fā)現(xiàn)了電極內(nèi)部最大壓應力在內(nèi)部孔洞邊長為某一特定值時達到最小,同時其發(fā)生“鎖死”現(xiàn)象的時間也適中,綜合考慮其可能是中空柱形電極的最優(yōu)化方案。在此基礎上,本文還分別討論了針對中空電極的三種不同的充電模式,通過對比發(fā)生“鎖死”現(xiàn)象前電極輸入的總電量,得到了充電模式的優(yōu)化方案。另外,考慮分層結構電極,表面采用彈性模量較小的材料制作,發(fā)現(xiàn)表層結構厚度越大,電極內(nèi)部的最大壓應力越小,同時“鎖死”現(xiàn)象也大幅延后。
【關鍵詞】：鋰離子電池 表面“鎖死”現(xiàn)象 擴散誘導應力 中空電極結構
【學位授予單位】：蘭州大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TM912
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 第一章 緒論7-12
• 1.1 鋰電池發(fā)展簡史7
• 1.2 鋰電池簡介7-9
• 1.3 鋰電池電極研究進展簡介9-11
• 1.4 本文的主要工作11-12
• 第二章 柱形電極模型構建12-18
• 2.1 柱形電極彈性-擴散耦合方程12-15
• 2.2 利用Comsol Multiphysics軟件構建電極模型15-17
• 2.3 本章小結17-18
• 第三章 電極材料性質參數(shù)分析18-47
• 3.1 計算結果各項指標初步分析18-32
• 3.2 D_0對擴散過程的影響32-35
• 3.3 β 對擴散過程的影響35-39
• 3.4 μ 對擴散過程的影響39-42
• 3.5 Ω 對擴散過程的影響42-44
• 3.6 本章小結44-47
• 第四章 幾種電極結構的電學與力學性能分析47-62
• 4.1 中空柱形電極孔洞尺寸對充電過程的影響47-54
• 4.2 充電模式對充電過程的影響54-58
• 4.3 分層電極結構性能分析58-60
• 4.4 本章小結60-62
• 第五章 結束語62-64
• 參考文獻64-68
• 致謝68

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