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od体育官网|分析NMC材料在放电过程中应力分布及特性

作者: OD体育官网入口 浏览:   日期:2021-11-22

本文摘要:NMC材料凭借着其高容量和低成本等优势,被普遍的应用于在电动工具等领域,近年来随着电动汽车的较慢发展,NMC材料锂离子电池被普遍的应用于在动力电池领域。

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NMC材料凭借着其高容量和低成本等优势,被普遍的应用于在电动工具等领域,近年来随着电动汽车的较慢发展,NMC材料锂离子电池被普遍的应用于在动力电池领域。因此NMC材料也更有了广大研究工作者注目,在之前的文章中我们也讲解了三元材料NMC表面形貌对其电化学性能和循环稳定性具有至关重要的影响。

  在充放电循环过程中,由于NMC材料内部的热力学和Li含量的变化,不会引发晶体的收缩,在颗粒内部产生形变,更为严重的是由于在电极上、大颗粒内部电流产于失衡,造成有所不同局部的SOC状态不存在着较小的差异,这造成有所不同颗粒之间的形变状态有所不同,造成了颗粒之间的链接脱落和颗粒表面裂纹的产生。  这些裂纹的不存在不会促成NMC内部的过渡性金属元素沉淀,电解液被水解,负极界面膜的产生和生长,过渡性金属元素在负极表面两县不会毁坏负极表面的SEI膜,从而造成NMC材料在循环过程中容量衰降和电压衰降。  从上述分析颗粒显现出NMC材料在充放电过程中的形变状态和变化特点都对NMC长年循环稳定性具有最重要的影响。近日美国印第安纳大学与普度大学印第安纳波里斯牵头分校的LinminWu等人利用三维有限元分析了NMC在充放电过程中形变的产生过程和变化特性。

  研究找到,在充放电过程中,颗粒凸起和半部部分所忍受的形变仅次于,由于形变的起到,颗粒的连接处有可能再次发生脱落,从而产生与导电网络绝缘的颗粒,造成容量损失。而相连脱落但是没与导电网络绝缘的颗粒,更容易在颗粒的表面产生裂纹。在长年的循环中,由于颗粒内部的热力学的积累,也不会导致材料颗粒的形变渐渐减少,影响材料的长年循环稳定性。  首先LinminWu利用实时加快X-ray修复了NMC半电池的结构,然后引进了大量的数学公式借以叙述电化学反应和形变产生,然后利用该模型研究了在有所不同的倍率下NMC材料的化学反应和形变产生。

由于篇幅所限,建模过程我们就不概述了,仅有对最重要的部分做到非常简单的叙述。  电池建模过程主要分成两个部分,电化学建模和机械建模。电池的电化学模型主要用来叙述电池的动力学特性、物质和电荷传输,电化学建模过程主要是基于Doyle和Fuller等人的工作展开,分别对负极颗粒、电解液和界面展开了数学模拟。

机械建模主要对NMC颗粒展开了仿真,主要分析了颗粒的形变和应力。最后对模型的边界条件和材料的特性展开了原作。

  仿真结果显示,在静电的过程中随着Li+映射到NMC材料中,NMC颗粒的形变渐渐减小,在几乎的静电态下形变超过仅次于,然后形变开始上升,这主要是由于在几乎静电状态时,材料不会从层状结果向尖晶石结构展开改变,从而造成颗粒的形变变化。并且这一仅次于形变不会随着静电电流密度的减少而减小,例如在2C的倍率下,仅次于形变为271.52MPa,这约是1C倍率下仅次于形变的2倍,0.5C倍率下的4倍。  而形变一旦超过材料的屈服强度,就不会造成材料结构毁坏,导致过热,由于缺乏NMC的屈服强度数据,因此以LiCoO2的屈服强度为参照,LiCoO2的屈服强度大约为200MPa,因此这也就是说在2C的倍率下几乎静电不会造成NMC材料颗粒再次发生过热。

  为了更进一步研究NMC的过热模式,对NMC材料的形变产于展开了研究,找到:1)与导电网络绝缘的颗粒将会产生形变;2)颗粒的凹陷处和半部处是形变尤为集中于的地方,要远高于其他地方;3)不考虑到应力集中的地方,颗粒表面的形变要显著低于颗粒内部的形变。由于颗粒的凹陷处和半部处形变尤为集中于,因此不会造成颗粒的连接处再次发生脱落,从而导致颗粒与导电网络再次发生绝缘,再次发生容量损失。  该项研究主要得出结论了以下结论:  1)随着静电倍率的减少,静电电压不会上升,这主要是电池电阻减少的结果;  2)在放电过程中由于颗粒连接处脱落不会导致颗粒与导电网络绝缘导致容量损失,而那些虽然颗粒连接处脱落,但是依然与导电网络认识的颗粒,则更容易在颗粒的表面构成裂纹;  3)随着静电的展开,颗粒的形变渐渐减少,在几乎静电时超过仅次于,但是随后由于热力学的再次发生造成形变上升。随着静电倍率的减少,仅次于形变也在减少;  4)NMC颗粒的凹陷处和半部处的形变尤为集中于,形变仅次于。

颗粒表面的形变要低于颗粒内部的形变;  5)仅次于形变更容易经常出现在凹陷处,研究表明凹陷处的仅次于形变为半部处仅次于形变的四倍。


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