[发明专利]一种优化电池电极厚度的方法

摘要

一种优化电池电极厚度的方法，包括以下步骤1)以能量密度E最大化或者功率密度P最大化作为为本方法的优化目标；2)获取基础电池规格的电极结构设计参数、电极材料的动力学参数及热物性参数；3)建立电池电化学热耦合模型，所述电化学热耦合模型为一个准二维电化学模型和一个三维热模型的耦合；4)验证模型的有效性；5)得到优化后的电池电极厚度。本发明能够有效缩短新材料或新产品的开发周期，降低开发成本，对于新材料或新产品的开发具有一定的指导意义。

主权项

一种优化电池电极厚度的方法，其特征在于：包括以下步骤：1)以能量密度E最大化或者功率密度P最大化作为为本方法的优化目标，其中能量密度最大化的目标函数为功率密度P最大化的目标函数为：其中，V、M分别表示放电电压和电极质量，i为放电电流，t为放电时间；根据客户的需求，选择与之相近的电池规格作为本方法的基础电池规格，在此基础上进行电池电极厚度的优化；2)获取基础电池规格的电极结构设计参数、电极材料的动力学参数及热物性参数；3)建立电池电化学热耦合模型，所述电化学热耦合模型为一个准二维电化学模型和一个三维热模型的耦合；①准二维电化学模型：用线段表示电极不同组成部分，建立一维几何模型，在一维几何模型上加载描述放电过程的微分或者偏微分方程，通过有限元思想对几何模型进行网格化后，计算描述放电过程的微分或偏微分方程，得到在一个电极厚度下电池的放电电压曲线；②三维热模型：根据基础电池规格的三维尺寸建立三维电池几何模型，以电化学模型计算所得到的电极平均热量为热源Q，在三维几何模型上加载对流换热的热场，得到三维热模型，通过有限元思想进行网格化后，计算热场方程，进而获得温度的变化，将此温度变化反馈到电化学模型中，实现电化学模型和热模型的双向耦合；4)验证步骤3)中电化学热耦合模型的有效性，通过模型模拟电池以不同倍率放电电压以及放电过程的最高温度与最低温度的计算结果与相同条件下实验测量结果相比，相对误差＜1％；5)根据客户需求设置优化目标，以电极厚度为优化变量，在电极合理设计限定条件下，确立电极厚度可选范围，通过BOBYQA算法(准二维线性边界优化法)对步骤3)中的模型进行计算，得到优化后的电池电极厚度；所述BOBYQA算法是以基础电池规格的电极厚度为初始值，代入电化学热耦合模型中，计算目标函数的值，反馈到BOBYQA算法中，基于BOBYQA算法选择下一个电极厚度设计代入电化学热耦合中计算目标函数的值，再反馈到BOBYQA算法中，根据目标函数是否最大化判断是否进行下一次迭代，直至目标函数最大化，并给出最后一次迭代的电极厚度设计，即优化后的电极厚度设计。