[发明专利]一种电池极耳的优化方法

说明书

本发明涉及一种电池极耳的优化方法，属于锂电池技术领域，包括以下步骤：选取不同处的极耳温度及锂电池整体温差作为优化目标；获取电池基础参数；建立锂电池电化学‑热耦合模型；将电池电化学‑热耦合模型的计算值与实际测量值结果进行对比；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。本发明通过改变极耳位置来获得放电时锂电池的热分布，并根据已有结果进行热分析，大大地降低了锂离子电池优化所需要的人力物力和财力，提高了锂电池优化效率。

技术领域

本发明涉及锂电池技术领域，具体是一种电池极耳的优化方法。

背景技术

锂离子电池以其高能量密度、低自放率、高电压、无记忆效应等有点已广泛应用于手机、数码相机、笔记本式计算机等小型便携式电器、电动汽车领域及航天航空领域。但锂电池在使用过程中的热安全问题成为目前研究的热点，在高倍率充放电、高温或低温环境、内部短路引起的温升等条件下，最终都会导致热失控、甚至引发电池燃烧和爆炸。锂离子电池的安全性能问题可归结于电池的产热和散热问题。对于电池热管理措施主要有两大类：一是通过改变电池的设计来降低产热速率，如改变电池结构及极耳尺寸、位置；二是外部的冷却设计，如风冷和液冷等。

在常规优化方法里，需要制备大量电池来进行充放电，从而获得其表面温升曲线，这一做法不仅耗时还耗物。采用数值仿真的手段，对电池进行建模分析，可以很好地缩短电池设计周期、也能节约大量的人力物力财力。锂离子电池的多物理场特征明显，其性能是由内部发生的众多物理现象以及不同物理场之间的相互作用和耦合控制驱动的。在工作过程中内部进行的物理过程主要包括：电荷和物质传递、化学和电化学反应以及传热过程。随着数值计算科学和计算资源的不断进步，使得数值仿真技术在先进电化学储能领域的研究和开发中发挥出更加显著的作用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电池极耳的优化方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种电池极耳的优化方法，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；