[發明專利]一種預測鋰離子電池材料及器件安全性能的仿真方法

在審

• 申請號: 201710209610.6
• 申請日: 2017-03-31
• 公開（公告）號: CN107066714A
• 公開（公告）日: 2017-08-18
• 發明（設計）人: 吳理覺;郭權文;梁衛春;湯依偉
• 申請（專利權）人: 廣東佳納能源科技有限公司;清遠佳致新材料研究院有限公司
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;G01R31/36
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司44102
• 代理人: 羅曉林

1.一種預測鋰離子電池材料及器件安全性能的仿真方法，其特征在于包括以下步驟：

步驟1、采用掃描電鏡、激光粒度測試方法獲取電極材料的形貌和粒度分布特征，建立材料的物理模型；

步驟2、根據電極材料特點，設計鋰離子電池的結構和配套材料體系，建立電池器件的物理模型；

步驟3、在材料的物理模型中應用固相擴散方程描述鋰離子在其中的擴散行為，得到材料的第一數理模型，同時在電池器件的物理模型中，在電極、隔膜等各個組分上應用能量守恒、物質守恒、電荷守恒等方程，描述電池工作過程的物理化學反應，得到電池器件的第二數理模型；

步驟4、將第一數理模型和第二數理模型通過參數傳遞的方式進行耦合，得到第三數理模型；

步驟5、根據安全測試項目的不同，建立各種測試條件下電池產熱的第四數理模型；將第三數理模型和第四數理模型進行耦合計算，預測電池材料和器件的安全性能。

2.根據權利要求1所述的預測鋰離子電池材料及器件安全性能的仿真方法，其特征在于：所述的鋰離子電池材料為正極材料和/或負極材料。

3.根據權利要求2所述的預測鋰離子電池材料及器件安全性能的仿真方法，其特征在于：所述正極材料為鎳鈷錳三元材料、磷酸鐵鋰、鈷酸鋰、鎳酸鋰、錳酸鋰和/或磷酸錳鋰中的一種或兩種以上。

4.根據權利要求2所述的預測鋰離子電池材料及器件安全性能的仿真方法，其特征在于：所述負極材料為人造石墨、天然石墨、中間相碳微球和/或鈦酸鋰中的一種或兩種以上。

5.根據權利要求3或4所述的預測鋰離子電池材料及器件安全性能的仿真方法，其特征在于：所述鋰離子電池器件外殼為鋼殼、鋁殼或鋁塑。

6.根據權利要求5所述的預測鋰離子電池材料及器件安全性能的仿真方法，其特征在于：在步驟1中，選取二次顆粒尺寸為中位數的顆粒，在掃描電鏡圖樣上隨機選取至少100個點測試，取平均值后獲得一次顆粒尺寸；根據實驗結果，建立材料的物理模型。

7.根據權利要求6所述的預測鋰離子電池材料及器件安全性能的仿真方法，其特征在于：在步驟5中，所述第四數理模型為過充的產熱模型，所述產熱模型測量的是電池充電至不同電壓時，內部副反應如電解液分解、電極材料結構變化的產熱情況。

8.根據權利要求7所述的預測鋰離子電池材料及器件安全性能的仿真方法，其特征在于：在步驟5中，將第三數理模型計算得到的電池正常工作的產熱量耦合到第四數理模型中，同時將第四數理模型得到的電池平均溫度作為第三數理模型的反應溫度。

9.根據權利要求7所述的預測鋰離子電池材料及器件安全性能的仿真方法，其特征在于：步驟4的參數傳遞方式為：第一模型計算得到的活性材料表面的鋰離子濃度作為第二模型中固液界面的鋰離子濃度。