閱讀排名更多
-
祝賀！中化橡機(jī)吳躍武榮獲“湖南省勞動(dòng)模范”榮譽(yù)稱號(hào)4月29日上午，中化橡機(jī)益陽(yáng)基地吳躍武榮獲“湖....
推薦展會(huì)更多
力學(xué)所在圓柱型鋰電池服役過程力熱表現(xiàn)的尺寸效應(yīng)研究方面取得新進(jìn)展
2024-08-30 11:16:19中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所閱讀量：382 我要評(píng)論
在新能源動(dòng)力電池領(lǐng)域，大尺寸全極耳圓柱電池因其高能量密度、高成組效率等顯著優(yōu)勢(shì)，在近年來備受關(guān)注。相比于傳統(tǒng)尺寸圓柱電池，大尺寸圓柱電池具有更高的產(chǎn)熱量和更嚴(yán)重的電芯形變。作為典型的復(fù)雜工程體系，電池的生產(chǎn)設(shè)計(jì)涉及多尺度、多物理場(chǎng)耦合的科學(xué)問題，這使得目前各類大尺寸圓柱電池，仍缺乏多物理場(chǎng)耦合的底層安全設(shè)計(jì)架構(gòu)，限制了其電化學(xué)性能與安全性的進(jìn)一步提升。 
力學(xué)所非線性力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的研究團(tuán)隊(duì)建立了大尺寸圓柱電池單體的數(shù)字孿生模型，為大尺寸圓柱鋰電池的服役安全設(shè)計(jì)提供了理論指導(dǎo)。相關(guān)成果以“Size effect on the thermal and mechanical performance of cylindrical lithium-ion batteries”為題發(fā)表在能源類權(quán)威期刊Applied Energy上。
研究團(tuán)隊(duì)通過參數(shù)化幾何結(jié)構(gòu)，使用力-熱-電-化多物理場(chǎng)耦合仿真方法，建立了大尺寸圓柱電池單體的數(shù)字孿生模型(圖1)，揭示了尺寸變化對(duì)圓柱鋰離子電池能量密度、產(chǎn)熱行為和力學(xué)行為等服役性能的影響。具體表現(xiàn)為：增大電池直徑或高度可同時(shí)提升電池理論容量與體積能量密度，質(zhì)量能量密度也隨高度增大而升高，但隨著直徑的增大，質(zhì)量能量密度將先升高后減小(圖2)；由于散熱路徑的影響，圓柱電池的熱性能可通過徑高比(D/H)進(jìn)行表征，在同容量的前提下，徑高比較大的電池在高充放電倍率下具有更低的平均內(nèi)部溫度與更低的溫度梯度(圖3)；正極與負(fù)極不匹配的嵌(脫)鋰形變會(huì)使電芯產(chǎn)生內(nèi)壓外拉的應(yīng)力狀態(tài)，增大電池直徑將顯著惡化該應(yīng)力狀態(tài)，造成內(nèi)層電芯坍縮和外層電芯斷裂的風(fēng)險(xiǎn)(圖4)。值得注意的是，圓柱電池單體直徑的選擇，需在能量密度、產(chǎn)熱行為與力學(xué)行為之間進(jìn)行權(quán)衡。
力學(xué)所博士研究生劉錦為論文第一作者，陳春光副研究員和魏宇杰研究員為共同通訊作者。該工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委(No. 11988102, 12002343)、中國(guó)科學(xué)院力學(xué)所力星計(jì)劃(No. E1Z1010901)、北京市重點(diǎn)專項(xiàng)(Z240001)等項(xiàng)目的資助。
圖1.(a)大尺寸全極耳圓柱電池示意圖，(b)偽二維電化學(xué)模型，(c)二維軸對(duì)稱傳熱模型，(d)一維軸對(duì)稱熱力耦合模型
圖2.圓柱電池能量特性隨尺寸的變化規(guī)律(a)理論容量，(b)體積能量密度，(c)質(zhì)量能量密度
圖3.不同充電倍率下4640與26110電池的溫度演化(a)電芯平均溫度，(b)電芯溫度梯度，(c)電芯內(nèi)部溫度分布云圖
圖4.滿充狀態(tài)下4640電池與26110電池的內(nèi)部應(yīng)力應(yīng)變(a)電芯各層環(huán)向應(yīng)變，(b)負(fù)極集流體銅箔的環(huán)向應(yīng)力，(c)電芯內(nèi)部徑向位移云圖
版權(quán)與免責(zé)聲明：1.凡本網(wǎng)注明“來源：化工機(jī)械設(shè)備網(wǎng)”的所有作品，均為浙江興旺寶明通網(wǎng)絡(luò)有限公司-興旺寶合法擁有版權(quán)或有權(quán)使用的作品，未經(jīng)本網(wǎng)授權(quán)不得轉(zhuǎn)載、摘編或利用其它方式使用上述作品。已經(jīng)本網(wǎng)授權(quán)使用作品的，應(yīng)在授權(quán)范圍內(nèi)使用，并注明“來源：化工機(jī)械設(shè)備網(wǎng)”。違反上述聲明者，本網(wǎng)將追究其相關(guān)法律責(zé)任。 2.本網(wǎng)轉(zhuǎn)載并注明自其它來源（非化工機(jī)械設(shè)備網(wǎng)）的作品，目的在于傳遞更多信息，并不代表本網(wǎng)贊同其觀點(diǎn)或和對(duì)其真實(shí)性負(fù)責(zé)，不承擔(dān)此類作品侵權(quán)行為的直接責(zé)任及連帶責(zé)任。其他媒體、網(wǎng)站或個(gè)人從本網(wǎng)轉(zhuǎn)載時(shí)，必須保留本網(wǎng)注明的作品第一來源，并自負(fù)版權(quán)等法律責(zé)任。 3.如涉及作品內(nèi)容、版權(quán)等問題，請(qǐng)?jiān)谧髌钒l(fā)表之日起一周內(nèi)與本網(wǎng)聯(lián)系，否則視為放棄相關(guān)權(quán)利。
相關(guān)新聞
-
儲(chǔ)能硬核大展來襲！超50家國(guó)際買家團(tuán)、300家采購(gòu)團(tuán)數(shù)億采購(gòu)四川國(guó)際儲(chǔ)能展
5月15-17日，第三屆中國(guó)國(guó)際儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)博覽會(huì)(簡(jiǎn)稱“四川國(guó)際儲(chǔ)能展”)將在成都世紀(jì)城新國(guó)際會(huì)展中心舉行。- 2024-08-30 11:16:19
- 15325
-
比亞迪進(jìn)入瑞士市場(chǎng)，引領(lǐng)電動(dòng)出行新風(fēng)尚
近日，比亞迪在瑞士舉辦品牌上市發(fā)布會(huì)，正式進(jìn)入瑞士市場(chǎng)。到今年年底，比亞迪將在瑞士設(shè)立15個(gè)銷售點(diǎn)，不斷拓展歐洲市場(chǎng)銷售布局，加速全球綠色交通變革。- 2024-08-30 11:16:19
- 15819
-
比亞迪投資的廣西弗迪電池三模塊項(xiàng)目近日正式啟動(dòng)建設(shè)，將重點(diǎn)布局兩條動(dòng)力電池生產(chǎn)線，可新增年產(chǎn)能約7GWh。- 2024-08-30 11:16:19
- 18978
昵稱 驗(yàn)證碼 請(qǐng)輸入正確驗(yàn)證碼
所有評(píng)論僅代表網(wǎng)友意見，與本站立場(chǎng)無關(guān)