[发明专利]一种电池极耳的优化方法

权利要求书

1.一种电池极耳的优化方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一、选取不同处的极耳温度及锂电池整体温差作为优化目标；

步骤二、获取电池基础参数；

步骤三、建立锂电池电化学-热耦合模型：

(1)建立电化学模型：用线段表示电极的不同组成，在不同电极处社会组不同微分方程或者偏微分方程进行描述，其中，

正极和负极采用如下方程进行描述：

其中c_s为固相中锂的体积浓度，t为时间，D_s为固相中锂的扩散系数，r为活性材料颗粒径向半径；

边界条件为：

其中j_loc,i为局部反应电流密度，R为通用气体常数8.314(J·mol^-1·K^-3)；

锂离子在液相中的传递采用如下方程进行描述：

其中ε为体积分数，c_e为固相中锂的体积浓度，D_e为固相中锂的扩散系数，Sa为球形颗粒单位体积有效反应面积，F为法拉第常数96487(C·mol^-1)，t₊为锂离子迁移数；

边界条件为：

其中x为正极荷电状态，L为厚度；

负极与正极的电化学过程采用Butler-Volmer方程进行描述：

其中j_0,i为交换电流密度，η_i表示过电势；

j_0,i采用如下公式进行计算：

其中k为导电率，α_a,i表示阳极电迁移数，α_c,i表示阴极电迁移数，R为通常气体常数，其数值为8.314(J·mol^-1K^-3)，c_1，surf,1i表示固相颗粒表面锂离子浓度，上标α_a,i和α_c,i的不同分别表示阳极和阴极；

η_i采用如下公式进行计算：

其中ψ为电势，U为平衡电势，下标1，2分别表示固相和液相，i表示所在区域为阳极或阴极；

采用如下公式对U_i进行修正：

其中T为温度，ref为参考值，U_ref，i为参比温度下的平衡电势，T_ref表示参考温度，为电极的电压随温度系数；

在正负极集流体中的电荷传递采用如下公式进行描述：

其中σ为电导率；

考虑到电极的固相颗粒与电解液界面有双电层影响，采用如下公式进行描述：

当电流不能通过电极与隔膜界面时：

其中p为正极，n为负极，cc为集流体，sep为隔膜；

当负极极耳电势为零时：

正极极耳加载的平均电流密度采用如下公式进行描述：

液相中离子电荷守恒采用如下公式进行描述：

其中ψ表示电势，f表示电解液活化系数，t₊表示锂离子传递系数，c表示浓度，K₂液相反应速率；下标1，2分别表示固相和液相，下标i表示方程所在的正极或者负极区域；

当集流体表面不存在电解液时：

其中ψ₂表示液相电势，L_n,cc表示负极集流体长度，L_n表示负极长度，L_spe表示隔膜长度，L_p表示正极长度；

(2)建立三维模型：采用如下公式进行描述：

根据产热机制的差异，电池在工作过程中的产热可分解为：欧姆压降引起的的欧姆热(Qohmic)、极化产热(Qact)和熵变引起的电化学反应热(Qrea)，并分别采用如下公式进行描述：

极化产热：

电化学反应热：

离子欧姆产热：

电子欧姆产热：

Q_tot＝Q_ohmic，1+Q_ohmic，2，+Q_rea+Q_act (22)

其中ψ表示电势，f表示电解液活化系数，t₊表示锂离子传递系数，c表示浓度，K₂液相反应速率；下标1，2分别表示固相和液相，下标i表示方程所在的正极或者负极区域；

其中ρ为材料密度，C为材料比热容，K为材料导热系数；

当电池与外界环境处于热平衡时：

其中h为电池表面换热系数，T_amb为环境温度；

步骤四、将电池电化学-热耦合模型测得的仿真数据与实测数据进行对比；

步骤五、对所述电池电化学-热耦合模型放电过程进行热分析，并根据热分析结果确定优化后极耳分布位置。