Impacto da Degradação Mecânica na Partícula NMC Policristalina na Performance Eletroquímica de Baterias de Íon de Lítio

As baterias de íon de lítio (LIBs) são amplamente escolhidas para armazenamento de energia devido à sua alta eficiência coulombiana e densidade de energia. Dentro dos materiais do eletrodo positivo das LIBs, a integridade estrutural das partículas secundárias, compostas por partículas primárias de cristal único orientadas aleatoriamente, é crucial para um desempenho sustentado. Essas partículas podem se fracturar como resultado tanto de estresse mecânico quanto de interações químicas dentro do sólido. A modelagem das LIBs é uma tarefa complexa que envolve fenômenos eletroquímico-mecânicos e suas interações em diferentes escalas de comprimento. Este estudo propõe uma estrutura de modelagem numérica para investigar a degradação das partículas ativas e seu impacto no desempenho eletroquímico. O modelo integra processos mecânicos e eletroquímicos, monitorando a evolução de fissuras e falhas mecânicas através de dano em campo de fase. As equações diferenciais parciais não lineares acopladas dependentes do tempo são resolvidas em um framework de elementos finitos usando o COMSOL Multiphysics. O modelo oferece insights numéricos sobre fraturas intergranulares e transgranulares dentro das partículas secundárias. A infiltração do eletrólito nas fissuras reduz o sobrepotencial eletroquímico devido ao aumento na área de superfície eletroquimicamente ativa, afetando positivamente o desempenho. No entanto, ciclos prolongados com fraturas nas partículas representam uma ameaça severa ao desempenho e à capacidade da bateria. Esta abordagem abrangente de modelagem numérica fornece insights valiosos sobre a complexa interação de fatores mecânicos e eletroquímicos que governam o desempenho e a degradação das LIBs.