应力及材料塑性变形对锂离子电池性能的影响
锂离子电池具有能量密度高、寿命长、对环境友好等优点,在通讯、交通运输、国防等领域都得到了广泛的应用,是一种非常有潜力的电池。然而,电极材料力学性能的退化是限制锂离子电池性能的关键因素之一。
在锂离子电池充放电过程中,锂离子进出电极,使得电极发生变形、产生应力,造成电极破坏并最终导致电池的失效。因此研究锂离子电池的力学相关问题是非常有必要的。
本文主要研究锂离子电池充、放电过程中电极应力以及集流器塑性变形对电池电化学性能的影响,具体工作大致分为三个方面:集流器的塑性变形对对称层状电极应力和性能的影响,集流器的塑性屈服对双层电极变形和应力的影响,以及应力耦合对电极锂化电化学反应的影响。本文第一部分研究充放电循环中集流器的塑性变形对对称层状电极应力的影响。
根据电极的应力演变,可以发现集流器在充放电循环中可能发生三种弹塑性变形情况,即纯弹性变形、塑性安定、循环塑性。根据弹塑性本构关系以及屈服准则,我们提出了区分这三种情况的临界条件。
研究发现,将集流器厚度设计得薄,并允许其在充放电循环中发生塑性变形,不仅可使活性层获得更多的空间从而提升电极的容量,而 ...