《鋰離子電池化學反應-相變-變形耦合、開裂和分層的研究》是依託上海大學，由張俊乾擔任項目負責人的重點項目。
基本介紹
- 中文名：鋰離子電池化學反應-相變-變形耦合、開裂和分層的研究
- 項目類別：重點項目
- 項目負責人：張俊乾
- 依託單位：上海大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
鋰離子電池是當前最受關注、最有前景的動力電池技術。電極開裂和分層等損傷是導致鋰電池儲能能力降低與壽命縮短的主要原因之一。本項目以鋰離子電池的電極材料/結構為對象，針對高儲能密度鋰離子電池中擴散應力誘導的損傷和破壞問題，以理解變形、開裂和分層機理，以及揭示它們的時間-空間演化規律為重點，發展“電化學反應－鋰化相變－應力”耦合問題的相場模型及模擬方法，研究電極結構變形、裂紋及分層的時間-空間演化的分析方法，進而，根據實際材料尋找最佳化的電極結構設計方案和最佳化的充放電規程，並進行實驗驗證。通過本項目的研究，不僅可以從理論上掌握鋰離子電池電極由充放電產生損傷的過程，而且可以從實際結構設計和日常充放電操作規程上避免損傷的產生。因此，不但是一個非常重要的科學問題，而且對於實際工程套用也具有較大的價值
結題摘要
本項目以鋰離子電池的材料/結構為對象，針對鋰離子電池中擴散應力誘導的力學損傷與性能退化等方面開展了系統研究，發展了“電化學反應-鋰化相變-應力”耦合問題的多物理場模型及模擬方法，揭示了電極裂紋、分層等力學損傷的時間-空間演化規律，提出了最佳化的電極結構設計方案和充放電規程，並開發了複雜環境下電極力學行為的測試手段，對鋰離子電池的機制理解和性能最佳化做出了創新性貢獻。重要成果體現在如下四個方面： 成果1：推廣了著名的電化學動力學Butler-Volmer方程，建立了包括應力耦合的電化學反應動力學方程，實驗證明了應力對電化學反應的耦合作用；發展了彈塑性變形-離子擴散雙向耦合理論模型，闡明了應力-擴散雙向耦合機制。 成果2：對鋰離子電池的多種力學損傷形式和性能退化機理進行了系統研究，提出了電極脫層時空演化的分析方法，給出了脫層起始SOC公式和脫層臨界尺寸公式；發現和揭示了粘結劑影響電池電化學循環性能的力學機理。 成果3：利用塑性變形、調控應力、抑制裂紋等力學方法，為鋰離子電池的設計和最佳化提供了新思路和新視角；提出了基於力學分析發展鋰離子電池的新途徑，並研發了高能量鋰離子電池。 成果4：電極力學行為的原位測試存在較大挑戰，項目開發了兩套電極原位變形測試系統，實現了對複合電極材料參數和應力演化規律的原位實時測量。
