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科研人都在用的锂电池研究神器——有限元仿真

来源：测试GO 时间：2022-08-10 10:00:14 浏览：1634次

锂电池是采用含有锂元素的材料或锂金属/锂合金作为电极，使用非水电解质溶液的电池，是现代高性能电池的代表。因其较为优异的安全性、比容量、自放电率和性能价格比等特点，已被广泛应用于我们的日常生活中。

虽然锂电池自发明以来已经进行了大规模的商业化生产制造、并在日常产品中投入使用很长时间了，但是仍存在许多问题需要解决，例如电池充放电过程中的枝晶生长、电池组内部温度积累对电池组的影响等。这些问题无不制约着锂电池的发展与应用，但我们可以通过采用有限元仿真的方式去模拟整个过程，对模拟结果提出针对性的解决方案来促进研究进展。

【锂电池内部的枝晶生长】

锂枝晶是锂电池在充电过程中锂离子还原时形成的树枝状金属锂，但是锂在负极侧出现时锂的形态不一定是锂枝晶，统称为析锂。

锂枝晶生长是影响锂离子电池安全性和稳定性的根本问题之一。锂枝晶的生长会导致锂离子电池在循环过程中电极和电解液界面的不稳定，破坏生成的固体电解质界面（SEI）膜，锂枝晶在生长过程中会不断消耗电解液并导致金属锂的不可逆沉积，形成死锂造成低库伦效率；锂枝晶的形成甚至还会刺穿隔膜导致锂离子电池内部短接，造成电池的热失控引发燃烧爆炸。

为了解决枝晶问题，国内外的电池材料研究学者都在寻找着不同的方法，例如在电解液中加入不同的物质改变电解液的化学性能，从而抑制枝晶生长；在电极板上覆盖一层多孔材料，使得锂离子可以均匀的沉积。我们可以通过有限元仿真的方法模拟出枝晶生长的过程，探究不同的抑制枝晶生长方法的优势，从而更直观的在论文中体现出研究人员付出心血得到的方法对于抑制枝晶生长的作用。

【电池组热积累的影响】

伴随着国家节能减排与碳中和政策的推动，电动车的市场占有率越来越高，但是在电动车快速发展的过程中，发生了许多起电动车自燃的事件，其中有造车新势力的，也有传统汽车品牌的，这些车有在行驶过程中突然烧起来的，也有在充电过程中突然燃烧的，电动车的自燃引起了一阵恐慌，有不少人担心自己同型号的家用车会不会也这么烧起来。

目前多数电动车的自燃是由于其电池组内部积热导致的电池温度过高引发的自燃。对于车载锂离子电池组来说，电池内部热源主要来自反应热、极化热和焦耳热。锂离子电池组温度升高的一个重要原因是电池内阻引发的温度升高。另外，由于发热电池体的密集摆放，中间区域必然热量聚集较多，边缘区域较少则新增了锂离子电池组中各单体之间的温度不均衡。

所以我们需要对锂离子电池进行温度调节，使其温度保证在正常工作温度范围内。锂离子电池组温度调节的方法主要有两种：1.内部调节、2.外部调节。