一种基于数值模型分解锂离子电池直流内阻的方法技术

本公开实施例中提供了一种基于数值模型分解锂离子电池直流内阻的方法，属于电学技术领域，具体包括：将锂离子电池数值模型涉及到的控制方程和及其边界条件按照质量守恒、电荷守恒、能量守恒分类、联立和耦合；针对待分解的锂离子电池确定其对应的控制方程中与电池内阻分解关联的电化学参数，得到电化学参数对应的一体化方案；根据一体化方案将待分解的锂离子电池分成无限多个单元，根据欧姆定律将每个电池单元上所产生内阻作平均化处理，根据电池结构确定内阻来源并在该结构区间内将平均内阻进行变形处理，然后积分从而得到不同组分的内阻。通过本公开的方案，能高效精准地分解锂离子电池直流内阻，实现预测电池性能的目的。实现预测电池性能的目的。实现预测电池性能的目的。

【技术实现步骤摘要】
一种基于数值模型分解锂离子电池直流内阻的方法


[0001]本公开实施例涉及电学
，尤其涉及一种基于数值模型分解锂离子电池直流内阻的方法。

技术介绍

[0002]目前，随着锂离子电池在新能源汽车、笔记本电脑、手机和其它可穿戴设备等领域的普及，其寿命、快充性能与安全性能越来越受到重视。而以上性能均与锂离子电池的内阻关系密切。内阻是评价锂离子电池的重要指标之一，电池内阻在电池充放电过程和储存过程中是变化着的，掌握内阻的变化规律对锂离子电池的结构设计以及新产品开发都有很好的指导作用。而现有的对于锂离子电池内阻的分析研究较少，电池尺度中电势与电流分布，热量的产生与传输，电极中复杂的传递现象，电极材料的微观结构都是内阻产生的原因。电池的内阻不是常数，在充放电过程中随时间和空间不断变化。根据电池结构的不同工作区间将内阻分解成不同组分，通过建立各内阻成分与电池状态之间的关系，实现对电池性能的预测。通过分析锂离子电池电化学工作原理，将其工作过程数值模型化，通过控制方程和边界条件研究电池内部锂离子传输行为及电池传输情况可以准确地描述内阻并将内阻分解。
[0003]可见，亟需一种能高效精准地分解锂离子电池直流内阻，实现预测电池性能的基于数值模型分解锂离子电池直流内阻的方法。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本公开实施例提供一种基于数值模型分解锂离子电池直流内阻的方法，至少部分解决现有技术中存在分解锂离子电池直流内阻、预测电池性能的效率和精准度较差的问题。
[0005]本公开实施例提供了一种基于数值模型分解锂离子电池直流内阻的方法，包括：
[0006]将锂离子电池数值模型涉及到的控制方程和及其边界条件按照质量守恒、电荷守恒、能量守恒分类、联立和耦合；
[0007]针对待分解的锂离子电池确定其对应的控制方程中与电池内阻分解关联的电化学参数，得到所述电化学参数对应的一体化方案；
[0008]根据所述一体化方案将所述待分解的锂离子电池分成无限多个单元，根据欧姆定律将每个电池单元上所产生内阻作平均化处理，根据电池结构确定内阻来源并在该结构区间内将平均内阻进行变形处理，然后积分得到不同组分的内阻。
[0009]根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述锂离子电池数值模型为单颗粒模型、伪二维模型、三维模型中电化学模型、热模型或力模型中的任一种或几种模型的耦合；
[0010]根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述质量守恒涉及到锂离子在正极材料颗粒的扩散过程、锂离子在负极材料颗粒中的扩散过程和锂离子在电解液相中的扩散过程。
[0011]根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述电荷守恒涉及到正极集流体、正极材料、负极集流体、负极材料中通过的电子电流和正极电解液、隔膜电解液和负极电解液中的离子电流。
[0012]根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述能量守恒包括热容相、热传导项和热源项。
[0013]根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述耦合为电化学场、热场或力场中的任一项或多项组合。
[0014]根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述待分解的锂离子电池的正极材料为钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、磷酸铁锂中的一种或几种任意比例混合；
[0015]所述待分解的锂离子电池的负极材料为石墨、钛酸锂、硅基材料、磷基材料、锡基材料、锗基材料或锌基材料中的一种或几种任意比例混合；
[0016]所述待分解的锂离子电池的隔膜材料为多孔聚合物膜、无纺布隔膜、无机复合膜中的任一种或几种；
[0017]所述待分解的锂离子电池的电解液为无机液体电解液、有机液体电解液、无机固体电解质、有机液体电解质和熔盐电解质中的任一种或几种。
[0018]根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述电化学参数包括电池可用容量、正负极材料的初始嵌锂量、正负极材料的最大嵌锂量、正负极材料锂离子扩散系数、正负极材料的平衡电势曲线、正负极材料的熵热系数曲线、正负极及隔膜厚度、正负极活性物质体积分数、正负极及隔膜液相体积分数、正负极材料粒径、隔膜的迂曲系数、正负极材料反应速率常数、正负极材料的固相电导率、电解质的电导率、隔膜的锂离子迁移数、正负极材料的阴极传递系数或正负极材料的阳极传递系数中的任一参数或几个参数的组合。
[0019]根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述电池结构为负极极耳、负极集流体、负极材料、隔膜、正极材料、正极集流体或正极极耳的任一种或几种。
[0020]根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述内阻来源为正极材料表面的粘结剂绝缘膜、正极材料表面的SEI膜、正极材料结构的破坏、正极材料颗粒之间的导电剂、正极材料颗粒之间粘结剂的失效、正极材料层与铝箔之间存在的材料脱落、铝箔表面电阻、铝箔内电势分布极化、负极材料表面的导电剂、负极材料表面的SEI膜、负极材料结构的破坏、负极材料颗粒之间粘结剂的失效、负极材料层与铜箔之间存在的材料脱落、铜箔表面的铜溶解、铜箔内电势分布极化、电解液对正负极材料的浸润不完全、正负极材料孔隙率对电解液分布的影响、电解液的电导率、隔膜内电解液的分布或电解液余量中的一种或几种。
[0021]本公开实施例中的基于数值模型分解锂离子电池直流内阻的方案，包括：将锂离子电池数值模型涉及到的控制方程和及其边界条件按照质量守恒、电荷守恒、能量守恒分类、联立和耦合；针对待分解的锂离子电池确定其对应的控制方程中与电池内阻分解关联的电化学参数，得到所述电化学参数对应的一体化方案；根据所述一体化方案将所述待分解的锂离子电池分成无限多个单元，根据欧姆定律将每个电池单元上所产生内阻作平均化处理，根据电池结构确定内阻来源并在该结构区间内将平均内阻进行变形处理，然后积分从而得到不同组分的内阻。
[0022]本公开实施例的有益效果为：通过本公开的方案，分析锂离子电池数值模型控制
方程和边界条件，通过获取控制方程中所涉及的关键电化学参数保证模型的精度。通过微分法将电池分成无限个区域，根据欧姆定律计算每个区域的平均极化，按照产生内阻的电化学原理的差异将平均极化变形后在电池内部不同结构区间范围内进行积分获取不同组分的内阻。
附图说明
[0023]为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0024]图1为本公开实施例提供的一种基于数值模型分解锂离子电池直流内阻的方法的流程示意图；
[0025]图2为本公开实施例提供的一种直流内阻分解过程示意图；
[0026]图3为本公开实施例提供的一种伪二维模型及坐标情况示意图；
[0027]图4至图7为本公开实施例提供的一种GITT法测试石墨锂离子扩散系数示意图；
[0028]图8为本公开实施例提供的一种将电池微分成无限多个单元的结构示意图；
[0029本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于数值模型分解锂离子电池直流内阻的方法，其特征在于，包括：将锂离子电池数值模型涉及到的控制方程和及其边界条件按照质量守恒、电荷守恒、能量守恒分类、联立和耦合；针对待分解的锂离子电池确定其对应的控制方程中与电池内阻分解关联的电化学参数，得到所述电化学参数对应的一体化方案；根据所述一体化方案将所述待分解的锂离子电池分成无限多个单元，根据欧姆定律将每个电池单元上所产生内阻作平均化处理，根据电池结构确定内阻来源并在该结构区间内将平均内阻进行变形处理，然后积分得到不同组分的内阻。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于,所述锂离子电池数值模型为单颗粒模型、伪二维模型、三维模型中电化学模型、热模型或力模型中的任一种或几种模型的耦合。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于,所述质量守恒涉及到锂离子在正极材料颗粒的扩散过程、锂离子在负极材料颗粒中的扩散过程和锂离子在电解液相中的扩散过程。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于,所述电荷守恒涉及到正极集流体、正极材料、负极集流体、负极材料中通过的电子电流和正极电解液、隔膜电解液和负极电解液中的离子电流。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于,所述能量守恒包括热容相、热传导项和热源项。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于,所述耦合为电化学场、热场或力场中的任一项或多项组合。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于,所述待分解的锂离子电池的正极材料为钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、磷酸铁锂中的一种或几种任意比例混合；所述待分解的锂离子电池的负极材料为石墨、钛酸锂、硅基材料、磷基材料、锡基材料、锗基材料或锌基材料中的一种或几种任...

【专利技术属性】
技术研发人员：颜果春，徐汝辉，王接喜，唐思绮，郭华军，王志兴，李新海，彭文杰，胡启阳，
申请(专利权)人：广东省豪鹏新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：