关键词:
固态锂电池
相场模型
锂枝晶
力-热-电化学耦合
摘要:
固态电解质锂电池具有能量密度大、循环稳定性强、机械强度高、不易燃、安全性高、使用寿命长等优点,广泛应用于航空航天、新能源汽车和移动设备等领域.但是在锂电池的电极/电解质界面处存在的锂枝晶生长问题一直是制约其性能提升和安全应用的关键因素,锂枝晶在电解质中生长不仅会降低电池的库仑效率,而且可能刺穿电解质导致电池内部正负极短路.本文针对固态锂电池中的锂枝晶生长问题,基于相场理论进行数值模拟研究,建立了耦合应力场、热场和电化学场的锂枝晶生长相场模型,研究了环境温度、外压力以及该两种条件耦合作用下的锂枝晶生长形态以及演化规律.研究结果表明,在较高温度和较大外应力作用下,锂枝晶生长缓慢,侧枝数量减少,表面更光滑,电沉积较为均匀.施加外压越大时,锂枝晶纵向生长受到抑制,呈压缩状态,致密度更高,但机械不稳定性也会增强;环境温度越高,锂离子的扩散速率和反应速率越大,锂枝晶生长速率和大小也受到抑制,且二者耦合作用对枝晶生长有明显的抑制效果,应力集中在根部,使得枝晶更侧重于横向生长,有利于形成平坦和密集的锂沉积.