石墨负极颗粒对锂离子电池容量衰减及SEI膜生长影响的模拟研究

作     者：闻文 王慧艳 周静红 曹约强 周兴贵 WEN Wen;WANG Huiyan;ZHOU Jinghong;CAO Yueqiang;ZHOU Xinggui

作者机构：华东理工大学化学工程联合国家重点实验室上海200237 

出 版 物：《化工学报》 (CIESC Journal)

年 卷 期：2024年第75卷第1期

页      面：366-376页

核心收录：

学科分类：08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 081701[工学-化学工程] 

基　　金：国家自然科学基金项目(22178102) 

主　　题：电化学 锂离子电池 数学模拟 电极电解质界面 石墨 

摘      要：以石墨为负极材料的锂离子电池在新能源领域应用广泛,但其长时间充放电循环后的容量衰减会显著缩短电池的使用寿命。负极表面固体电解质界面层(SEI)是影响电池循环寿命的主要因素之一,其生成反应除了受电解质组成和制备工艺影响外,还取决于石墨负极材料的结构。基于SEI膜的生长动力学,构建了电池容量衰减模型,模拟计算了石墨负极颗粒粒径对于电池容量衰减及SEI膜生长过程的影响。结果表明,负极材料颗粒粒径越大,SEI膜厚增加速度越快,电池使用寿命显著降低;在充放电循环过程中,首次循环容量衰减速度最快,随着后期SEI膜厚的增加,老化速率减缓并趋于稳定;溶剂在SEI膜中的扩散系数和SEI层孔隙率的降低,会减缓电池容量衰减速度;溶剂通过SEI膜向内扩散至电极表面的步骤是SEI膜连续生长过程中的控速步骤。研究结果可为锂离子电池石墨电极涂层制备工艺优化提供基础知识及指导。