子网格颗粒老化模型参考

子网格颗粒老化模型模拟电池电芯退化的方法是,顾及活性材料中的机械损耗和表面裂纹增长(由子网格颗粒中重复插入和提取锂导致的循环应力造成)。

子网格颗粒老化模型提供两种退化机制:表面裂纹增长和活性材料损失。表面裂纹增长模型顾及暴露于电解质下的活动表面积增大,而活性材料损失机制则模拟由循环应力引起的疲劳开裂(这会导致电接触丢失)。仅当在均匀循环条件下,这两种老化机制方法才有效。

选择子网格颗粒插层模型时,子网格颗粒老化模型可用作个体多孔固相的可选模型:

表 1. 子网格颗粒老化模型参考
理论 请参见子网格颗粒老化。
提供方式 [多孔相] > 模型 > 可选模型
节点路径示例 连续体 > [物理连续体] > 模型 > 多孔介质 > 多孔相 > [多孔相] > 模型 > 子网格颗粒老化
要求 物理连续体选择:
  • 空间:三维
  • 时间:隐式不定常
  • 可选模型:电化学
  • 电化学:浓缩电解质
多孔相选择:
  • 材料:固体
  • 状态方程:恒密度
  • 可选模型:电化学
  • 电化学:子网格颗粒插层
属性 表面裂纹增长、活性材料损失。请参见子网格颗粒老化模型属性。
激活 材料 部分摩尔体积、泊松比、杨氏模量。请参见材料属性。
初始条件 请参见初始条件。
场函数 [多孔相] 的子网格颗粒累积损伤、[多孔相] 的子网格颗粒裂纹表面积密度、[多孔相] 的子网格颗粒溶解质量分数。

子网格颗粒老化模型属性

活性材料溶解

激活后,求解活性材料溶解老化机制。相应的活性材料溶解子节点可用于指定适当的设置。请参见活性材料溶解属性。

默认情况下,活动材料溶解处于停用状态。此模型要求为溶解颗粒指定插层反应,以确定导体相和电解质相。此规范用于过电压计算,其中使用了导体电势和电解质相电势。如果未发现插层反应,则在初始化期间会将警告消息输出到控制台。

机械活性材料损耗

激活后,求解机械活性材料损耗老化机制。默认情况下此模型是激活的。

相应的机械活性材料损耗子节点可用于指定适当的设置。请参见机械活性材料损耗属性。

表面裂纹扩展

激活后,求解表面裂纹增长老化机制。相应的表面裂纹增长子节点可用于指定适当的设置。请参见表面裂纹增长属性。

默认情况下表面裂纹增长是停用的。此模型增大了电化学反应的活动表面积,这可能会不准确地强化电池性能,且与典型的老化行为相矛盾。对于阳极,建议仅激活表面裂纹增长以结合具有相关 SEI 增长反应的子网格颗粒表面膜模型,以顾及暴露的裂纹表面上形成 SEI。此外,还可以根据裂纹表面积增大弯曲,以引入至少一个负面影响,这适用于阳极和阴极。

活性材料溶解属性

Alpha
指定 Eqn. (4217) 中的电荷传递系数 α 。
用户平衡电势
指定 in 。Eqn. (4218) U e q , d i s s
溶解前因子
指定 s in 。Eqn. (4217) k d i s s

机械活性材料损耗属性

活性材料损耗系数
指定 Eqn. (4216) 中 α 的值。

表面裂纹增长属性

表面裂纹扩展系数
指定 Eqn. (4212) 中 β 的值。

材料属性

以下材料属性可用于[多孔相] > 模型 > [固体]。

部分摩尔体积

指定主体材料中插层组分的局部摩尔体积。

方法 对应方法节点
常数

指定 Eqn. (4200) 中 Ω 的值。

泊松系数

指定电极球形颗粒的颗粒材料的泊松比。

方法 对应方法节点
常数 指定 Eqn. (4200) 中 ν 的值。
杨氏模量

指定电极球形颗粒的颗粒材料的杨氏模量。

方法 对应方法节点
常数

指定 Eqn. (4200) 中 E 的值。

初始条件

激活表面裂纹增长时可用。
裂纹表面积密度
指定裂纹表面面积密度的初始值。对应于 Eqn. (4215) 中的 a p , c r a c k , 0 。