锂离子电池正极涂层孔隙结构优化的数值模拟

• 作者: 王慧艳 陈怡沁 周静红 曹约强 周兴贵
• 来源期刊: 化工学报
• 关键词: 锂离子电池 数学模拟 孔隙结构 梯度分布 能量密度
• 年，卷（期）: 2022,（1）
• 所属期刊栏目: 能源和环境工程
• 页码范围: 376-383
• 页数: 7页
• 分类号: TQ152
• 语种: 中文
• DOI: 10.11949/0438-1157.20210854

摘要

以磷酸铁锂(LFP)为正极材料的锂离子电池在电子产品、电动汽车等领域应用广泛，但其能量密度仍有待提升以进一步满足不同场景应用需求。锂离子在正极孔隙电解液中的扩散过程是LFP锂离子电池性能的控制因素之一，通过优化电极孔隙结构可以在一定程度上减小锂离子在电解质中的扩散阻力进而提升能量密度。采用准二维模型描述电池内部的传质电化学过程，考察了当锂离子电池正极孔隙存在梯度分布后对锂离子电池能量密度的影响及作用机理。通过对比孔隙率均匀分布和梯度分布的电池模拟结果，发现孔隙率的梯度分布能提高单位活性材料的利用率，提升电解质通量和电极活性材料的嵌锂量，从而增加电池能量密度。随着电极厚度的增加，孔隙率分布的梯度越大，对能量密度的提升效果越显著，研究结果对于厚电极涂层的制备工艺具有重要意义。