【技术实现步骤摘要】
本申请涉及一种对比锂离子电池卷绕结构的仿真分析方法，属于锂离子电池结构设计。
技术介绍
1、近年来，电动汽车迅速发展的正反馈效应促进了具有更高能量密度和功率密度的锂离子动力电池研发。先前的研究已经证明不同的活性材料及其混合物能影响电池性能。同时，也有研究证明了相同活性材料的电极在不同涂层厚度下，其电池性能也不相同。因此，除了开发新型电极活性材料提升锂离子电池的容量之外，用不同的设计类型提高活性材料负载是市场上常用的办法。而电池卷绕结构是锂离子电池组成的重要部分，能对电池整体性能带来较大的影响。例如，动力电池主要类型有以棱柱形卷绕多层电极的软包电池和以螺旋缠绕多层电极成果冻卷状的圆柱电池，由于两者具有不同的卷绕方式，所以其展现出来的性能也不相同。
2、在实验上难以排除结构以外的因素对锂离子电池的影响，因此本专利技术通过有限元理论研究定量条件下的软包电池和圆柱电池在电化学性能、热分布和应力的差异。
3、同时，经典的一维“线式”伪二维模型严重缺乏“结构-性能”的定量关系，从而无法提供详细的信息和机理解释卷绕结构差异带来的性能变化，所以本专利技术将一维模型扩展为更高维度的耦合模型。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种在热-力-化耦合场中定量研究不同卷绕结构对锂离子动力电池性能影响的仿真分析方法，为具有多层结构的锂离子电池内部设计方案提供参考。
2、一种对比锂离子电池卷绕结构的仿真分析方法，包括下列步骤：
3、s1：预设参数，包括电池
4、s2：基于电池结构尺寸，建立多层结构卷绕方式不同的电池的几何模型；
5、s3：基于锂离子电池电化学场，热场和应力场构建热-力-化耦合模型；
6、s4：基于有限元理论构建数值求解算法并利用上述模型进行计算；
7、s5：输出对比锂离子电池不同卷绕方式的仿真分析结果。
8、可选的，步骤s1中所述电池结构设计参数至少包括正负电极厚度、正负集流体厚度、隔膜厚度、电池尺寸、卷绕圈数、极耳的数量和位置、设计容量中的一种或几种。
9、可选的，步骤s1中所述材料体系至少包括正负电极材料、正负集流体材料、电解液材料、隔膜材料中的一种或几种。
10、可选的，步骤s1中所述特征参数至少包括电化学场参数、热分布参数、力场参数中的一种或几种，相关参数可以通过试验方法获取或者通过查阅相关文献资料获取。
11、可选的，所述电化学场参数包括固相活性物质电导率、固相扩散系数、电解液电导率、电解液扩散系数、离子迁移数中的至少一种或几种随电解液浓度和温度变化的规律。
12、可选的，所述热分布参数包括比热容、热导率中的至少一种或几种随温度变化的规律。
13、可选的，所述力场参数包括偏摩尔体积、杨氏模量、泊松比中的至少一种。
14、可选的，步骤s2中所述卷绕方式不同的电池包括按棱柱形卷绕的软包电池和按螺旋形卷绕的圆柱电池。
15、可选的，所述软包电池包括具有阿基米德螺旋的卷绕区和叠片区，所述圆柱电池由完整闭环的阿基米德螺旋结构所构成。
16、可选的，步骤s2中所述第一模型为下列模型中的至少一种：纯二维热-力-化耦合模型、纯三维热-力-化耦合模型、二维化-力与三维热耦合模型、二维热与三维化-力耦合模型。
17、可选的，步骤s3中所述第二模型的关系描述为：与离子传输和li+嵌入和/或脱嵌机制相关的材料特性明显受到充放电循环期间产生的热应力和机械应力的影响；
18、同时，li+嵌入和/或脱出过程在所述第二模型的热模型中产生的熵热、焦耳热和混合热在所述第二模型的力学模型中产生扩散应力。
19、可选的，步骤s3中所述第二模型的电化学模型采用newman模型。
20、可选的，步骤s3中所述热场的导热系数在卷绕电池内部的径向和轴向的数值不同，其轴向导热系数远低于径向导热系数。
21、可选的，步骤s3中所述应力场包括扩散应力和/或热应力。
22、可选的，步骤s4中所述算法包括：建立模型与参数的相互调用关系，添加边界条件和初始值，划分几何网格，规定求解容差，采用瞬态求解。
23、本申请能产生的有益效果包括：
24、1)本申请所提供的一种对比锂离子电池卷绕结构的仿真分析方法，基于有限元分析方法，在排除外部条件对电池性能影响的情况下，成功定量对比棱柱形卷绕方式和螺旋形卷绕方式在电化学性能、热分布和力场方面的差异；
25、2)本申请所提供的一种对比锂离子电池卷绕结构的仿真分析方法，提出的对比模型具有高可靠性、真实性和有效性等特点，能为电池结构设计提供理论指导和优化路线参考。
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1.一种对比锂离子电池卷绕结构的仿真分析方法，其特征在于，包括下列步骤：
2.根据权利要求1所述的一种对比锂离子电池卷绕结构的仿真分析方法，其特征在于，步骤S1中所述电池结构设计参数至少包括正负电极厚度、正负集流体厚度、隔膜厚度、电池尺寸、卷绕圈数、极耳的数量和位置、设计容量中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的一种对比锂离子电池卷绕结构的仿真分析方法，其特征在于，步骤S1中所述材料体系至少包括正负电极材料、正负集流体材料、电解液材料、隔膜材料中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的一种对比锂离子电池卷绕结构的仿真分析方法，其特征在于，步骤S1中所述特征参数至少包括电化学场参数、热分布参数、力场参数中的一种或几种；
5.根据权利要求1所述的一种对比锂离子电池卷绕结构的仿真分析方法，其特征在于，步骤S2中所述卷绕方式不同的电池包括按棱柱形卷绕的软包电池和按螺旋形卷绕的圆柱电池；
6.根据权利要求1所述的一种对比锂离子电池卷绕结构的仿真分析方法，其特征在于，步骤S2中所述第一模型为下列模型中的一种：纯二维热-力-化耦合
7.根据权利要求1所述的一种对比锂离子电池卷绕结构的仿真分析方法，其特征在于，步骤S3中所述第二模型的关系描述为：与离子传输和Li+嵌入和/或脱嵌机制相关的材料特性明显受到充放电循环期间产生的热应力和机械应力的影响；
8.根据权利要求1所述的一种对比锂离子电池卷绕结构的仿真分析方法，其特征在于，步骤S3中所述第二模型的电化学模型采用Newman模型。
9.根据权利要求1所述的一种对比锂离子电池卷绕结构的仿真分析方法，其特征在于，步骤S3中所述热场的导热系数在卷绕电池内部的径向和轴向的数值不同，其轴向导热系数远低于径向导热系数；
10.根据权利要求1所述的一种对比锂离子电池卷绕结构的仿真分析方法，其特征在于，步骤S4中所述算法包括：建立模型与参数的相互调用关系，添加边界条件和初始值，划分几何网格，规定求解容差，采用瞬态求解。
...【技术特征摘要】
1.一种对比锂离子电池卷绕结构的仿真分析方法，其特征在于，包括下列步骤：
2.根据权利要求1所述的一种对比锂离子电池卷绕结构的仿真分析方法，其特征在于，步骤s1中所述电池结构设计参数至少包括正负电极厚度、正负集流体厚度、隔膜厚度、电池尺寸、卷绕圈数、极耳的数量和位置、设计容量中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的一种对比锂离子电池卷绕结构的仿真分析方法，其特征在于，步骤s1中所述材料体系至少包括正负电极材料、正负集流体材料、电解液材料、隔膜材料中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的一种对比锂离子电池卷绕结构的仿真分析方法，其特征在于，步骤s1中所述特征参数至少包括电化学场参数、热分布参数、力场参数中的一种或几种；
5.根据权利要求1所述的一种对比锂离子电池卷绕结构的仿真分析方法，其特征在于，步骤s2中所述卷绕方式不同的电池包括按棱柱形卷绕的软包电池和按螺旋形卷绕的圆柱电池；
6.根据权利要求1所述的一种对比锂离子电池卷绕结构的仿真分析方法，其特征在于，...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈驰，陈星光，秦键，孙丹，赖少波，
申请(专利权)人：厦门稀土材料研究所，
类型：发明
国别省市：
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