锂电池解决方案

锂电池解决方案

  锂电池设计分为两个过程:材料设计和电池设计。首先,从微观方面对电池材料进行设计和优化,从而获得材料参数;其次,从介观方面对电池性能进行分析;最后,获得电池材料参数、电池与电化学性能、参比电极位置优化等等。

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背景与现状

  •    为了减少对可再生资源的消耗和对环境的污染,电动汽车将是未来的发展方向。当前电动汽车中主要是使用锂电池,在如此小的体积下进行高效转换,对电池的容量、能量密度、寿命和安全性都有很高的要求。通过使用计算机对电池相关需求功能进行分析可以极大的减少耗时长和成本极高的电池材料改进和电池设计的前期实验。因此,希望通过对电池包的虚拟分析来评估真实的电池包性能。此外,模拟可以更好的理解具体电池产生问题的原因。

  •    随着全球对高储能电池需求的不断增加,对其生产工艺、设计研发及成本控制提出了更高的挑战。大多数电极具有相似的微观和介观结构,因此急需一套完整的节约成本和节省时间,以深入了解电化学、电极性能和电池性能的解决方案。

解决方案

  •    在锂电池的开发过程当中,引入数字材料实验室GeoDict为材料设计和电池和电化学模拟工具BEST为电池设计。锂电池的设计思路:(1)确定锂电池材料与结构;(2)对锂电池正极材料进行建模;(3)对锂电池正极材料模型进行数字分析,包括几何参数(孔隙、孔径等)、导电参数、导热参数、饱和参数、流动参数(浓度、路径等)等分析;(4)基于数字分析获得的材料参数,对电池性能进行分析,包括电池行为 (电池电压)、局域电子和电势分布、离子和电流、超电势、热源等;(5)生产制造样品,进行试验,确定最后的设计参数与流程。

       锂离子二次电池使用钴酸锂作正电极材料,以钴酸锂为正极的模拟仿真实例。

1.确定锂电池正极结构

钴酸锂采用SEM扫描,将原始的2D图像堆栈、分割和处理生成三维材料结构。再将钴酸锂三维材料结构添加一定比例的粘合剂,形成钴酸锂正极结构。

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2.锂电池性能模拟


数字材料实验室· 锂电池3.png3.参比电极放置

考虑三种放置参比电极的位置,对三种位置进行SOC与电压曲线的分析,发现左图为错误位置,右图为正确位置。


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4.电化学和热耦合模拟


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