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      鋰離子電池從理論上來講可以認為是一個濃差電池，正極和負極之間交替處于富鋰和貧鋰狀態，利用正負極之間的電勢差驅動鋰離子電池在正負極之間移動，從而達到儲存電能和釋放電能的目的。但是在Li+嵌入和脫出正負極材料的過程中，會導致活性物質發生體積膨脹，從而在鋰離子電池內部產生應力，特別是在嵌鋰不均勻時，不同嵌鋰狀態的活性物質會產生不同的應變，因此導致顆粒內部產生極大的應力，導致顆粒產生裂紋和容量衰降。

      由于鋰離子電池是一個封閉的體系，我們難以對正負極材料嵌鋰過程中的反應進行直接的觀測，因此建模也就成了了解鋰離子電池內部反應機理最為有效的方式。一般來說，這樣的建模需要包含兩部分：1）電化學模型，模擬活性物質在充放電過程中的反應機理；2）機械模型，模擬活性物質在嵌鋰后的形變情況。這種膨脹是可逆的。

      此次采用comsol軟件的鋰電池模塊和力學模塊，設計了一套從微觀到宏觀的鋰電池電化學膨脹分析路線。

一、微觀模型建立。

此次構建的是一個NMC電芯隨機顆粒分布的微觀模型，求解充放電過程中電芯膨脹變化。

 

電芯充放電下的膨脹變化 。

 

其中負極最大位移隨電壓變化如下：

 

另外我們針對微觀部分 分別求解其力學性能。

二、多層電芯原位膨脹仿真分析    

多層電芯膨脹變化曲線圖。

   

三、模組膨脹，在前面兩步求解的基礎上，轉入abaqus進行模組求解。

通過從微觀到宏觀的逐層遞進，完成鋰電池電化學充放電膨脹的分析，以上模型僅供參考。

有興趣的可以加我交流，謝謝 。