电池电芯
电池单元（通常称为原电池）可控制电池单元中反应物与产物之间的电化学电势差产生的电能。它们包含用于存储和释放从小型电子设备到车辆和工业系统等设备的能量的必要组件。
以下注释图描述了典型的可充电锂离子电池单元。在放电过程中，锂从阳极活性材料脱离，此时锂在电解质处离解成锂阳离子 (Li+) 和相等数量的电子。然后，电解质中的 Li+ 离子迁移通过隔离膜，插入到阴极活性材料中。电子流从固体阳极活性材料通过阳极集流器，以电流形式离开锂离子电池单元。充电过程与上述过程反向。
一次性锂电池放电的方式与此相同，但它不使用嵌锂化合物作为阳极活性材料，而是使用金属锂极箔 - 通常无法充电。
之后，锂离子电池单元产生的电流可以为便携式电子设备供电，例如混合动力电动车 (HEV) 和插电式混合动力电动车 (PHEV)。
对于不同类型的电池电芯，Simcenter STAR-CCM+ 可用于对锂离子和钠离子电池建模。
电极
电池单元需要阳极和阴极电极才能组成完整电路，允许电流流过。电极允许离子在活性材料相（插层）中的可逆插入/提取，用于存储能量。与燃料电池不同，这允许它们成为封闭系统。
这些电极的基本属性是：
- 具有空隙的插层结构，允许锂离子的插入和提取。
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电传导。
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化学反应的发生。
- 子网格颗粒插层
- 子网格颗粒插层模型解析未进行几何求解的表面上的电化学反应，该模型假设活性材料由球形颗粒组成，并且离子可扩散到这些颗粒。
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在电池中，寄生副反应可能与锂插层过程一起发生，例如形成固体电解质相间 (SEI) 或镀锂 (LiP)。在镀锂过程中，金属锂沉积在颗粒表面，而 SEI 在插层颗粒周围形成保护层。这些反应会影响电池性能并导致电池老化。Simcenter STAR-CCM+ 提供子网格颗粒表面薄膜模型，可以模拟发生这些寄生副反应时颗粒表面固膜的沉积。从活性材料颗粒中反复嵌锂和脱锂会引起循环应力，从而导致机械退化。表面裂纹增加了暴露在电解质中的面积，导致形成结合锂的固体电解质界面 (SEI)。此外，电极中的裂纹会破坏电接触并导致活性材料损失。Simcenter STAR-CCM+ 提供了亚网格颗粒老化模型来模拟电池退化过程中活性材料损失和/或表面裂纹增长。
- 3D-MSE
- 对电极的三维微观结构进行建模并预测其电化学反应有助于确定电芯设计的质量和性能。例如，可以确定多孔电极可能达到的弯曲程度，以及分析或参数化颗粒尺寸与分布（两个都是电极的关键因子）。还可以确定最有效的设置来优化高能量密度（例如手机）或高功率输出（例如自动化应用），或二者的组合。
- 集总
- 如果活性材料的不规则和复杂结构的简化表示满足您的需要，对于每个电极，可以创建一个简单的固体结构，其中包含构成一个部件的随机分布固体颗粒。
- 组合
- 如果仅关注某个电极处发生的详细反应（例如，牺牲阳极耗尽），您可以为相关电极创建详细的 3D-MSE 表示，然后创建集总电极来表示另一个电极。
- 一次性
- 如果要对一次性电池建模，可以使用集总或 3D-MSE 方法创建阴极。然后，对于阳极，创建薄固体零部件来表示锂金属箔。
电解质
电解质是锂/盐和溶剂的混合物。施加电化学电势时，电解质通过离子从负电流集流器到相反的正电流集流器的运动传输电荷。此过程也称为盐迁移。
可以使用浓缩电解质模型（用于多组分液体）或锂离子浓度模型（用于液体）来说明电解质中的锂离子传输。这些模型衍生自 Doyle-Fuller-Newman 传输模型 ([868])，该模型对含有高浓度离子的溶液（通常称为浓缩电解质）的行为建模。
Simcenter STAR-CCM+ 假设一种电中性电解质包含一种溶剂，该溶剂可将其中嵌入的二进制盐分解为阳离子和阴离子。因此，仅对单个锂/盐浓度浓度标量求解，这可以理解为是盐、阳离子、阴离子或锂的浓度。
对于浓缩电解质溶液，离子之间的相互作用变得显著，其行为可能会偏离理想溶液或稀释电解质模型的预测。非理想电解质属性（包括扩散系数）是电解质建模的重要因素。为了考虑这些属性，浓缩电解质模型允许浓度和温度相关的扩散系数。
这两种方法都使用液体电解质来模拟锂离子电池，还考虑了多孔电极中带电颗粒的移动、电极内的插层反应、电荷传递反应、内部颗粒扩散以及温度对传输属性的影响。