您现在的位置:兴旺宝>电池网>新闻列表>力学所在圆柱型锂电池服役过程力热表现的尺寸效应研究方面取得新进展

力学所在圆柱型锂电池服役过程力热表现的尺寸效应研究方面取得新进展

2024年08月29日 08:47:46 人气: 317 来源: 中国科学院力学研究所
  在新能源动力电池领域,大尺寸全极耳圆柱电池因其高能量密度、高成组效率等显著优势,在近年来备受关注。相比于传统尺寸圆柱电池,大尺寸圆柱电池具有更高的产热量和更严重的电芯形变。作为典型的复杂工程体系,电池的生产设计涉及多尺度、多物理场耦合的科学问题,这使得目前各类大尺寸圆柱电池,仍缺乏多物理场耦合的底层安全设计架构,限制了其电化学性能与安全性的进一步提升。
 
  力学所非线性力学国家重点实验室的研究团队建立了大尺寸圆柱电池单体的数字孪生模型,为大尺寸圆柱锂电池的服役安全设计提供了理论指导。相关成果以“Size effect on the thermal and mechanical performance of cylindrical lithium-ion batteries”为题发表在能源类权威期刊Applied Energy上。
 
  研究团队通过参数化几何结构,使用力-热-电-化多物理场耦合仿真方法,建立了大尺寸圆柱电池单体的数字孪生模型(图1),揭示了尺寸变化对圆柱锂离子电池能量密度、产热行为和力学行为等服役性能的影响。具体表现为:增大电池直径或高度可同时提升电池理论容量与体积能量密度,质量能量密度也随高度增大而升高,但随着直径的增大,质量能量密度将先升高后减小(图2);由于散热路径的影响,圆柱电池的热性能可通过径高比(D/H)进行表征,在同容量的前提下,径高比较大的电池在高充放电倍率下具有更低的平均内部温度与更低的温度梯度(图3);正极与负极不匹配的嵌(脱)锂形变会使电芯产生内压外拉的应力状态,增大电池直径将显著恶化该应力状态,造成内层电芯坍缩和外层电芯断裂的风险(图4)。值得注意的是,圆柱电池单体直径的选择,需在能量密度、产热行为与力学行为之间进行权衡。
 
  力学所博士研究生刘锦为论文第一作者,陈春光副研究员和魏宇杰研究员为共同通讯作者。该工作得到了国家自然科学基金委(No. 11988102, 12002343)、中国科学院力学所力星计划(No. E1Z1010901)、北京市重点专项(Z240001)等项目的资助。
 
  图1.(a)大尺寸全极耳圆柱电池示意图,(b)伪二维电化学模型,(c)二维轴对称传热模型,(d)一维轴对称热力耦合模型
 
  图2.圆柱电池能量特性随尺寸的变化规律(a)理论容量,(b)体积能量密度,(c)质量能量密度
 
  图3.不同充电倍率下4640与26110电池的温度演化(a)电芯平均温度,(b)电芯温度梯度,(c)电芯内部温度分布云图
 
  图4.满充状态下4640电池与26110电池的内部应力应变(a)电芯各层环向应变,(b)负极集流体铜箔的环向应力,(c)电芯内部径向位移云图
关键词: 锂电池
全年征稿/资讯合作 qq:1097660699@qq.com
版权与免责声明
1、凡本网注明"来源:兴旺宝"的所有作品,版权均属于兴旺宝,转载请必须注明兴旺宝,https://www.xwboo.com。违反者本网将追究相关法律责任。
2、企业发布的公司新闻、技术文章、资料下载等内容,如涉及侵权、违规遭投诉的,一律由发布企业自行承担责任,本网有权删除内容并追溯责任。
3、本网转载并注明自其它来源的作品,目的在于传递更多信息,并不代表本网赞同其观点或证实其内容的真实性,不承担此类作品侵权行为的直接责任及连带责任。其他媒体、网站或个人从本网转载时,必须保留本网注明的作品来源,并自负版权等法律责任。
4、如涉及作品内容、版权等问题,请在作品发表之日起一周内与本网联系,否则视为放弃相关权利。
产品推荐更多+
  • 电子汽车 太阳能喷泉水泵太阳能热水器微循环水泵鱼池景观泵

    电子汽车 太阳能喷泉水泵太阳能热水器微循环水泵鱼池景观泵

    参数规格 序号 类别 规格 1 泵体尺寸及重量 150*100*123mm
    面议
  • DAX-T30

    DAX-T30

    面议
  • DAX-T20

    DAX-T20

    面议
  • 太阳能板

    太阳能板

    面议
  • 太阳能电池
  • 蓄电池废硫酸膜净化回用系统

    蓄电池废硫酸膜净化回用系统

    ——膜集成技术1、铅酸蓄电池生产行业现状目前国内游电池极板生产线的蓄电池生产厂家主要面临三面的环保压力—废气、废水、和固体废物。一般每生产1000个电池会产生63.2kg铅尘。另外,在铅酸蓄电池化成工序中,会产生硫酸雾,废弃的化成液及清洗极片的废水也含有一定浓度的硫酸,涂板工序、化成工序以及电池清洗工序会产生含铅的重金属废水。2、工艺特点设备为全封闭运行,生产环境好;是清洁生产的典型设备。 将分离
    面议
  • 硫酸法钛白粉生产中的酸洗水回用系统

    硫酸法钛白粉生产中的酸洗水回用系统

    我国现阶段生产钛白粉主要采用的是硫酸法。硫酸法钛白粉生产工艺技术成熟,设备简单,对原料的要求也不太严格,但是其“三废”的排放量大,治理费用高。尤其是偏钛酸制备产生的废酸(生产1吨钛白粉产品,产生4~7t废酸)和偏钛酸制备完成后的净化处理;并且传统的水洗工序采用板框洗涤工艺,会产生大量的洗涤白水(生产1吨钛白粉产品,产生20~30t白水),白水中主要含有偏钛酸、硫酸和。
    面议
  • 关于膜法回收废酸碱膜系统几点问题

    关于膜法回收废酸碱膜系统几点问题

    1:纳滤膜是什么材质?耐强酸丶强碱吗?纳滤膜常用的耐酸同时耐碱的是PDMS材质(聚二甲基硅氧烷,一种硅橡胶)的,典型耐受数据(已有案例,不是上限):酸:HCl 37% H2SO4 20% HNO3 5%碱:NaOH 25% KOH 10%没有关于HF的数据,但是厂家技术人员说5%以下没问题另外一种只耐酸不耐碱的,TFM材质(厂家的,未公开,我们也不知
    面议
  • 废锂电池回收设备

    废锂电池回收设备

    本废电池回收处理设备用于处理废旧锂电池的回收处理,本设备是,宜兴市盛东环保设备有限公司设计生产,该设备采用顺流式回转窑处理,同时产生的残渣及循环池污泥可继续进回转窑焚烧处理,我公司的设备尾气排放指标达到或优于国家相关标准
    面议
  • 太阳能发电站