全固态锂金属电池多物理场耦合下的电化学过程仿真模拟

摘要

基于COMSOL Multiphysics多物理场仿真软件对氮氧化锂磷(LiPON)基全固态锂金属电池进行有限元模拟.使用3次电流分布、稀物质传递、固体传热与固体力学等接口实现了多物理场在固态锂电池体系内部的耦合,并完成了对于全固态锂金属电池本身在给定物理参数的情况下实际运行的电化学性能仿真.在此模型中,电池在运作时的热管理以及应力分布均得到有效的计算.利用锂金属负极表面沉积的数据分析得到了锂枝晶生长的可能原因.结果表明,全固态锂电池的容量衰减以及枝晶生长等安全管理的失控并不只是单一因素控制的结果;体系的浓度梯度、应力预分布、传热传质过程的控速步骤与充放电过程的体积变化等都会对电池的性能与安全管理产生不同的影响.