锂离子电池异构建模及内部传质机理探究：粒径分布的影响

• 作者: 陈怡沁 许于 周静红 隋志军 周兴贵
• 来源期刊: 化工学报
• 关键词: 锂离子电池 数学模拟 异构模型 粒径分布
• 年，卷（期）: 2021,（2）
• 所属期刊栏目: 能源和环境工程
• 页码范围: 1078-1088
• 页数: 10页
• 分类号: TQ028.8
• 语种: 中文
• DOI: 10.11949/0438-1157.20201095

摘要

锂离子电池是目前应用较广的储能设备，具有能量密度高、使用寿命长等特点。随着锂离子电池正极材料实际能量密度接近理论值，电池组装工艺参数的优化成了提升其性能的重要途径，其中电极颗粒粒径及分布是十分重要的参数。因此，本文针对石墨-LiFePO4体系锂离子电池，利用异构模型构建单粒径和双粒径电极的几何结构，再结合Newman模型模拟其放电过程，定量研究了正极材料粒径分布对锂离子电池性能的影响，探究了存在粒径分布的电极中不同粒径的颗粒在充放电过程的作用机制。模拟结果表明，粒径的减小可以减小固相扩散系数对电池性能的影响，但会增加液相扩散阻力；而粒径的分布可以促进锂离子在电解液中的扩散，提高小粒径颗粒的锂嵌入量，但会引起极化增大，导致大颗粒的锂嵌入量降低。粒径分布宽度越大，总体粒度越大，锂离子电池的能量密度越小。选择合适的粒径分布宽度，适当减小总体粒度的大小，能有效提升电极的能量密度。研究结果对于锂离子电池电极活性材料颗粒粒径分布的选择提供了有益的基础知识和指导。