一种厚电极通孔设计的仿真方法及系统技术方案

本申请涉及动力电池技术领域，特别是涉及一种厚电极通孔设计的仿真方法及系统。包括：建立二维厚电极通孔模型，根据二维厚电极通孔模型设定多个电极区域和评价指标；设定电极区域的材料属性和二维厚电极通孔模型边界条件；生成对比模型，获取二维厚电极通孔模型的运行评价值，根据对比模型的运行评价值和二维厚电极通孔模型的运行评价值生成二维厚电极通孔模型的性能评价结果。基于电极长度方向等比例缩放方式，提升模型收敛性，并采用单个极片单元作为研究对象研究通孔数量，通孔大小，通孔排布，优化厚电极通孔设计，缩短研发周期，降低研发成本。研发成本。研发成本。

【技术实现步骤摘要】
一种厚电极通孔设计的仿真方法及系统


[0001]本申请涉及动力电池
，特别是涉及一种厚电极通孔设计的仿真方法及系统。

技术介绍

[0002]随着电动汽车市场对高能量密度、高安全、长循环动力电池的迫切需求，开发高能量密度的动力电池已经成为行业内主流研究方向之一，目前提高电池能量密度的主要方式有三种：1.高比容量正负极材料开发2.高性能辅材开发3.厚电极开发。提高电极密面密度(电极厚度)是最为简单有效的方式，然而电极厚度的增加，使得液相扩散路径发生变化，在扩散系数不变的情况下，锂离子通过电解液运输到电极内的时间增加，导致离子传输距离和电阻的增加。由于电化学反应发生在离子与电子相遇的活性物质界面上，厚电极内部连续的孔结构和长程的导电网络是高性能厚电极设计的关键。为了降低厚电极内部传质阻力，厚电极通孔设计应运而生。
[0003]而仿真作为加快产品研发进程的手段，已逐渐受到行业内的重视。而传统的方法需要采用实验的方式，通过实验数据对比来优化设计，实验成本比较高，现阶段的通孔设计的工艺技术尚未成熟，在研发过程中需利用实验方法进行辅助研发，而传统方法通过实验方式，需要大量的试错，研发周期较长，实验难度较大。

技术实现思路

[0004]本申请的目的是：为解决上述技术问题，本申请提供了一种厚电极通孔设计的仿真方法，旨在缩短研发周期，降低研发成本。
[0005]本申请的一些实施例中，通过设置二维厚电极通孔模型，采用单个极片单元作为研究对象，研究通孔数量、通孔大小、通孔排布，优化厚电极通孔设计，并通过采用二维模型，并缩短电极长度，模型收敛性较好。并缩短研发周期，降低研发成本。
[0006]本申请的一些实施例中，提供了一种厚电极通孔设计的仿真方法，包括：
[0007]建立二维厚电极通孔模型，根据所述二维厚电极通孔模型设定多个电极区域和评价指标；
[0008]设定所述电极区域的材料属性和所述二维厚电极通孔模型边界条件；
[0009]生成对比模型，获取所述二维厚电极通孔模型的运行评价值，根据所述对比模型的运行评价值和所述二维厚电极通孔模型的运行评价值生成所述二维厚电极通孔模型的性能评价结果。
[0010]本申请的一些实施例中，在根据所述二维厚电极通孔模型设定多个检测区时，包括：
[0011]获取测试极片，根据所述测试极片单元厚度方向设置第一电极区域至第五电极区域，且所述第一电极区域至第五电极区域由所述极片单元厚度方向从下至上依次排列设置；其中，
[0012]所述第一电极区域为正极集流体，第二电极区域为正极多孔电极，第三电极区域为隔膜，第四电极区域为负极多孔电极，第五电极区域为负极集流体。
[0013]本申请的一些实施例中，获取测试极片时，包括：
[0014]选取单个极片单元，截取所述极片单元长度方向第一预设长度，所述极片单元厚度方向全部长度，得到测试极片；
[0015]所述测试极片设定多个极片内部通孔。
[0016]本申请的一些实施例中，所述测试极片设定多个极片内部通孔时，包括：
[0017]所述极片内部通孔设置为正负极各4个；
[0018]和/或，所述极片内部通孔直径设定为10um。
[0019]本申请的一些实施例中，所述设定所述电极区域的材料属性时，包括：
[0020]所述第一电极区域设定为Al的属性；
[0021]和/或，所述第二电极区域设定为NCM811材料属性，，并导入开路电压曲线；
[0022]和/或，所述第三电极区域设定为电解液属性；
[0023]和/或，所述第四电极区域设定为石墨属性，并导入石墨开路电压曲线
[0024]和/或，所述第五电极区域设定为Cu属性；
[0025]和/或，所述极片内部通孔设定为电解液属性。
[0026]本申请的一些实施例中，所述二维厚电极通孔模型边界条件时，包括：
[0027]设定正极集流体充放电电流；
[0028]设定负极集流体接地，负极电势为0；
[0029]设定电池的初始容量Q及初始电压V；
[0030]其中，所述设定正极集流体充放电电流时，包括；
[0031]根据所述第一预设长度生成长度比例系数a，获取单个完整极片容量为Q1，设定充放电倍率n，所述正极集流体充放电电流为I＝n＊a＊Q1。
[0032]本申请的一些实施例中，所述二维厚电极通孔模型设定评价指标时，包括：
[0033]分别设定固相锂离子浓度评价指标，液相锂离子浓度评价指标、固相电势评价指标和液相电势评价指标。
[0034]设定控制模型，根据所述控制模型描述所述评价指标；
[0035]所述控制模型包括：
[0036]固相电荷守恒控制模型：
[0037][0038]其中，i
s
为固相电流，σ
eff
为固相有效电导，为固相电势，j为锂离子体电流密度；
[0039]液相电荷守恒控制模型：
[0040][0041][0042]其中，σ
eff
为液相有效电导率，为液相电势V，a
s
为活性比表面积，F为法拉第常数，R为理想气体状态常数，为离子迁移数，c
e
为电解液浓度，T为温度，为有效扩散离
子电导，为活度相关性；
[0043]固相物质守恒控制模型：
[0044][0045]其中，C
s
为固相锂离子浓度，r为颗粒离子半径，D
s
为固相扩散系数；
[0046]液相物质守恒控制模型：
[0047][0048]其中，ε
e
为液相体积分数，D
e,
为液相有效扩散，c
e
为电解液浓度；
[0049]界面反应动力学控制模型：
[0050][0051][0052]j＝ai
‑‑‑‑‑
(9)
[0053]η＝φ
s
‑
φ
e
‑
U
‑
iR
SEI
‑‑‑‑‑
(8)
[0054]其中，i0为交换电流密度，i为局部电流密度，k为反应速率常数，c
s,max
为最大锂离子浓度，c
s,surf
为颗粒表面锂离子浓度，α
a
为阳极传递系数，α
c
为阴极传递系数，η为过电势，φ
s
为固相电势，φ
e
为液相电势，U为平衡电势，R
SEI
为膜阻，j为锂离子体电流密度，a为活性比表面积。
[0055]本申请的一些实施例中，所述生成对比模型时，包括：
[0056]根据所述二维厚电极通孔模型的极片容量设定所述对比模型的极片容量。
[0057]本申请的一些实施例中，所述二维厚电极通孔模型的运行评价值时，包括：<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种厚电极通孔设计的仿真方法，其特征在于，包括：建立二维厚电极通孔模型，根据所述二维厚电极通孔模型设定多个电极区域和评价指标；设定所述电极区域的材料属性和所述二维厚电极通孔模型边界条件；生成对比模型，获取所述二维厚电极通孔模型的运行评价值，根据所述对比模型的运行评价值和所述二维厚电极通孔模型的运行评价值生成所述二维厚电极通孔模型的性能评价结果。2.如权利要求1所述的厚电极通孔设计的仿真方法，其特征在于，在根据所述二维厚电极通孔模型设定多个检测区时，包括：获取测试极片，根据所述测试极片单元厚度方向设置第一电极区域至第五电极区域，且所述第一电极区域至第五电极区域由所述极片单元厚度方向从下至上依次排列设置；其中，所述第一电极区域为正极集流体，第二电极区域为正极多孔电极，第三电极区域为隔膜，第四电极区域为负极多孔电极，第五电极区域为负极集流体。3.如权利要求2所述的厚电极通孔设计的仿真方法，其特征在于，获取测试极片时，包括：选取单个极片单元，截取所述极片单元长度方向第一预设长度，所述极片单元厚度方向全部长度，得到测试极片；所述测试极片设定多个极片内部通孔。4.如权利要求3所述的厚电极通孔设计的仿真方法，其特征在于，所述测试极片设定多个极片内部通孔时，包括：所述极片内部通孔设置为正负极各4个；和/或，所述极片内部通孔直径设定为10um。5.如权利要求2所述的厚电极通孔设计的仿真方法，其特征在于，所述设定所述电极区域的材料属性时，包括：所述第一电极区域设定为Al的属性；和/或，所述第二电极区域设定为NCM811材料属性，，并导入开路电压曲线；和/或，所述第三电极区域设定为电解液属性；和/或，所述第四电极区域设定为石墨属性，并导入石墨开路电压曲线和/或，所述第五电极区域设定为Cu属性；和/或，所述极片内部通孔设定为电解液属性。6.如权利要求5所述的厚电极通孔设计的仿真方法，其特征在于，所述二维厚电极通孔模型边界条件时，包括：设定正极集流体充放电电流；设定负极集流体接地，负极电势为0；设定电池的初始容量Q及初始电压V；其中，所述设定正极集流体充放电电流时，包括；根据所述第一预设长度生成长度比例系数a，获取单个完整极片容量为Q1，设定充放电倍率n，所述正极集流体充放电电流为I＝n＊a＊Q1。
7.如权利要求1所述的厚电极通孔设计的仿真方法，其特征在于，所述二维厚电极通孔模型设定评价指标时，包括：分别设定固相锂离子浓度评价指标，液相锂离子浓度评价指标、固相电势评价指标和液相电势评价指标；设定控制模型，根据所述控制模型描述所述评价指标；所述控制模型包括：固相电荷守恒控制模型；其中，i
s
为固相电流，σ
eff
为固相有效电导，φ
...

【专利技术属性】
技术研发人员：李峰宇，何见超，高飞，杨红新，
申请(专利权)人：蜂巢能源科技马鞍山有限公司，
类型：发明
国别省市：