Analyse der elektrochemisch-thermisch-mechanischen Kopplung von Lithium-Ionen-Batterien unter Schnellladung

Thermisches Durchbrennen und Volumenausdehnung, die durch Temperaturanstieg bei der Schnellladung von Lithium-Ionen-Batterien (LIBs) verursacht werden, sind die Hauptursachen für Batteriexplosionen und die Verschlechterung der Zyklusleistung. In dieser Arbeit wird ein elektrochemisch-thermisch-mechanisches Kopplungsmodell von zylindrischen LIBs unter Schnellladung (Ladezustand (SOC) ≤80%) entwickelt, um die Verteilungen von Temperatur und Stress zu untersuchen. Anschließend werden die Ladeeffizienz, Temperatur- und Stressverteilungen zwischen Schnellladung und galvanostatischem Betrieb bei SOC≤80% verglichen, wobei 18650 LIBs als Objekt gewählt werden. Schließlich werden die Einflüsse der Dicke, Partikelgröße, der maximalen Lithium-Ionenkonzentration der Kathode und der anfänglichen Elektrolytkonzentration auf die Temperatur, den radialen Stress und den Umgebungsstress von LIB während des Ladevorgangs untersucht. Numerische Ergebnisse zeigen, dass Schnellladung die Ladeeffizienz um 20,8% verbessert. Eine Erhöhung der Kathodendicke und eine Verringerung der maximalen Lithium-Ionenkonzentration oder der anfänglichen Elektrolytkonzentration können die Temperatur von LIB während des Ladevorgangs senken. Die Ergebnisse dieser Arbeit werden einen gewissen Referenzwert für das Design von LIBs unter Schnellladung bieten.