[发明专利]电池材料混掺比例仿真优化设计方法、系统、设备及介质

说明书

本发明涉及一种电池材料混掺比例仿真优化设计方法、系统、设备及介质，包括：获取待优化材料的实验数据，其中，实验数据包括待优化材料的真密度、粒度分布和压实密度；将待优化材料的颗粒压实过程通过离散元模型进行描述；采用粒子群优化算法优化离散元模型参数；基于优化的离散元模型参数生成不同混掺比例的离散元模型并计算其压实密度，获得待优化材料的最优混掺比例。本发明通过离散元模拟仿真结合粒子群优化算法对材料的粒径分布进行优化，确定最优的混掺比例，进而提高电池的压实密度和能量密度。

技术领域

本发明是关于一种电池材料混掺比例仿真优化设计方法、系统、设备及介质，涉及锂离子电池技术领域。

背景技术

随着新能源汽车行业的不断发展，对锂离子电池的性能，特别是能量密度的要求越来越高。目前常用的提高能量密度的方法有提高材料克容量和压实密度。然而，单纯提高克容量难度大，涉及到改性与新工艺，改动流程复杂，成本高。提高压实密度的方法则是快速有效的方法，由于材料成本增加不多，也是目前厂商最主流的做法。

提高压实密度的方法则是将两种不同粒度的颗粒进行混掺，实现大小不同的颗粒相互填补颗粒间隙的效果，提高材料的压实密度。对于颗粒材料通常使用离散元方法进行仿真计算。涉及到锂离子电池材料的相关研究只是使用离散元方法获得极片的三维结构模型进行后续研究。

目前大多是通过使用实验反复试错的方法寻找多组材料间最佳混掺比例。尽管这种方法可信度高，但是时间和人力成本高。特别是对于三种或以上的材料，由于搜索空间随种类成指数增加，需要的实验成本进一步增加。而且，由于电池材料颗粒通常在纳米～微米尺度，且在材料开发阶段，无法从常见的主流离散元仿真软件的数据库或者文献中获取相应的参数，如果仿真方法的参数不对，仿真出的结果可信度低。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够获得最优混掺比例，提高压实密度和能量密度的电池材料混掺比例仿真优化设计方法、系统、设备及介质。

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

第一方面，本发明提供的一种电池材料混掺比例仿真优化设计方法，包括：

获取待优化材料的实验数据，其中，实验数据包括待优化材料的真密度、粒度分布和压实密度；

建立待优化材料颗粒的初始离散元模型；

采用粒子群优化算法优化离散元模型参数；

基于优化的离散元模型参数生成不同混掺比例的离散元模型并计算其压实密度，获得待优化材料的最优混掺比例。

进一步地，建立待优化材料颗粒的初始离散元模型，包括：

计算设定混掺比下，待优化材料中每种材料相应粒径下的占比；

创建仿真空间，在仿真空间内按照设定混掺比随机生成N个颗粒；

判断当前仿真空间内每个颗粒是否不重叠，若有颗粒重叠则增大仿真空间大小；

判断当前仿真空间整体密度是否小于设定值，若不满足，则增大仿真空间大小；

重复上述判断直至满足条件，生成描述待优化材料的颗粒初始离散元模型。

进一步地，离散元模型参数包括同种材料颗粒之间的接触参数和不同种材料颗粒之间的接触参数，其中，同种材料颗粒之间的接触参数包括摩擦系数、恢复系数、内聚能密度、杨氏模量和泊松比；不同种材料颗粒之间的接触参数包括不同材料的摩擦系数、恢复系数及内聚能密度。

进一步地，不同种材料颗粒之间的接触参数采用粒子群优化算法获得，包括：

设定待优化的离散元模型参数搜索范围；

初始化S个粒子；