[发明专利]一种考虑电极材料局部失活的锂电池电极仿真分析方法

权利要求书

1.一种考虑电极材料局部失活的锂电池电极仿真分析方法，其特征在于，所述锂电池电极仿真分析包括以下步骤：

S1：确定电极材料的初始结构；

S2：建立电极充电或放电过程的电化学数值模型；

S3：建立电极材料局部失活判定函数；

S4：构建电极材料的有限元分析模型并对电极充电或放电过程进行计算求解；

S5：得到电极活性物质分布和剩余有效循环容量，预测电极工作状态，指导电极的设计与优化。

2.根据权利要求1所述的考虑电极材料局部失活的锂电池电极仿真分析方法，其特征在于，所述步骤S1中的电极材料包括锂金属、锂铟合金、锂锡合金、锂铜合金、锂镁合金、锂铝合金、锂钠合金、锂钾合金、锂碳合金、锂硅合金、硅碳合金、无定型碳、石墨、软碳、硬碳、碳纤维、钛酸锂、磷酸铁锂、钴酸锂、镍酸锂、锰酸锂、镍钴锰三元材料、镍钴铝三元材料、氧化锂、过氧化锂、硫、硫化锂中的至少一者。

3.根据权利要求2所述的考虑电极材料局部失活的锂电池电极仿真分析方法，其特征在于，所述电极材料的初始结构包括厚度、表面粗糙度、颗粒形貌、平均粒径、粒径分布、平均孔径、孔径分布、平均表面曲率、表面曲率分布、孔隙率、比表面积中的至少一项。

4.根据权利要求1所述的考虑电极材料局部失活的锂电池电极仿真分析方法，其特征在于，所述步骤S2中电化学数值模型包括电极材料与电解质界面的电化学反应方程、锂离子在电极材料和电解质中的传质方程、锂离子在电极材料和电解质中的迁移矢量方程、电极材料和集流体中的固相电势分布方程、电极材料和电解质中的液相电势分布方程、热量在电极材料和电解质中的传热方程、电极材料与电解质界面的界面迁移矢量方程、电极材料与电解质界面的水平集方程、电极材料与电解质两相的相场方程、电解质的流体传质方程中的至少建立一个。

5.根据权利要求1所述的考虑电极材料局部失活的锂电池电极仿真分析方法，其特征在于，所述步骤S3中的局部失活判定函数f由调和型函数f_H、基于物理场变量的映射函数f_P中的一种或多种通过基本代数运算得到；该失活判定函数用于判断指定空间位置的电极材料在指定时刻为完全活性状态、完全失活状态或过渡活性状态；所述失活判定函数将作为修正因子通过基本代数运算直接插入到电化学数值模型中需要考虑电极材料存在局部失活情况的各个方程之中。

6.根据权利要求5所述的考虑电极材料局部失活的锂电池电极仿真分析方法，其特征在于，所述失活判定函数f的值域为实数域闭区间，以[f₁，f₂]的闭区间表示，设定恰当的失活判定容差δ₁、δ₂，取值为非负实数，或设定恰当的失活判定临界比λ₁、λ₂后，取值为正实数，则可通过该局部失活判定函数f对指定空间位置的电极材料的活性状态。

7.根据权利要求6所述的考虑电极材料局部失活的锂电池电极仿真分析方法，其特征在于，所述通过局部失活判定函数f判定电极材料的活性状态；

当f≥f₂-δ₂，或f≥λ₂f₂时，该处电极材料为完全活性状态；

当f≤f₁+δ₁，或f≤λ₁f₁时，该处电极材料为完全失活状态；

当f₁+δ₁＜f＜f₂-δ₂，或λ₁f₁＜f＜λ₂f₂时，该处电极材料为过渡活性状态。