リチウムイオン電池電極材料の力-電気化学的結合の構成モデル

シリコンベースおよびスズベースの電極材料は、静電容量密度が高いため、リチウムイオン電池の理想的な電極材料になっています。しかし、力学では、このタイプの材料は、充電および放電の過程で大きな体積変形を伴うことが多く、その結果、高応力状態が発生し、電極構造の破壊や破壊などの問題が発生し、リチウムの耐用年数に深刻な影響を及ぼします。 -イオン電池。

電極構造を合理的に設計し、構造による機械的損傷を回避するために、充電および放電の過程で電極材料の力-電気-化学結合の構成的関係を確立する必要があります。通常のアプローチは、その場測定実験とストーニー式によって得られた電極材料の充電および放電中の応力の変化です。ただし、この方法は3つの仮定に依存する必要があります。フィルムの厚さは基板の厚さよりもはるかに薄く、変形プロセス中のフィルムの厚さはごくわずかであり、フィルムと基板の間の接着は良好です。時間の高い高性能バッテリーは、通常、満たすのが困難です。これらの条件。

この問題を解決するために、中国科学院の力学研究所の非線形力学の国家重点実験室の研究チームは、力-電気-化学結合理論に基づいた一連の有限要素計算方法を開発しました。充電中および放電中の電極材料の爆弾を正確に記述します。大きな塑性変形と固有の応力の進展。有限要素シミュレーションはこの方法で実行されます。電極膜の大きな弾塑性変形によって引き起こされるストーニー式の誤差分析について説明します。電極膜の大きな変形、弾塑性構成関係、および応力-充放電状態曲線の影響に対する界面材料の特性、および電極材料パラメータと応力-充放電状態曲線の特性との対応。この作業は、充電中および放電中の電極材料の力-電気-化学結合の構成関係を研究するのに役立ちました。

関連する研究結果が国際ジャーナルJournalofpowersourcesに掲載されました（Wen、J.、Wei、Y.、Cheng、YT、2018。大変形有限要素を使用した薄膜電極のその場応力測定に対するStoney方程式の有効性の調査-要素手順。J.PowerSources、387、126-134。）およびJournal of the Mechanics and Physics of Solids（Wen、J.、Wei、Y.、Cheng、YT、2018。電気化学プロセス中の非弾塑性電極の応力変化：数値法とその応用。J.Mech。Phys。Solids、116、403-415。）この研究は、中国国家自然科学基金、中国科学院クラスBパイロットプロジェクト、および米国国立科学財団によってサポートされていました。

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