压力条件下超高比能锂金属电池特性分析

作     者：时玮 柴进 夏明远 

作者机构：北京交通大学电气工程学院 

出 版 物：《西南交通大学学报》 (Journal of Southwest Jiaotong University)

年 卷 期：2024年

核心收录：

学科分类：0808[工学-电气工程] 08[工学] 082503[工学-航空宇航制造工程] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 

基　　金：国家自然科学基金:基于机理推演的锂离子电池储能控制参数优选及主动失效探测方法研究(52177206) 

主　　题：锂金属电池 电化学-力耦合 相场模型 外部压力 锂枝晶 

摘      要：外部压力对锂金属电池的性能起着至关重要的作用。为了研究锂金属电池不同压力条件下宏观电池性能表现和微观锂沉积，首先通过加压试验及电子显微镜扫描验证得出施加外部压力有助于改善锂金属负极表面形貌，为了揭示其作用机理，将非线性相场模型与力模型耦合，分析微观不用压力条件对锂的沉积形貌及内部应力分布的影响。研究结果表明，在没有外部压力的作用下，锂金属电池对外膨胀加速锂枝晶持续生长导致容量快速衰退。通过模拟数据可知，随着外部压力的逐渐增大，锂枝晶的主轴长度由2.04μm降低到1.1μm，宽高比由0.32提升到0.79，这种光滑粗壮的形貌演变可以显著降低锂枝晶的比表面积，但同时也增大了力学不稳定性。提供建立的锂枝晶在不同外部压力下的相图，为日后锂金属电池压力管理的设计提供了理论支持。