[發明專利]一種鋰離子電池電極設計參數的優化方法

有效

• 申請號: 201811215319.0
• 申請日: 2018-10-18
• 公開（公告）號: CN109446619B
• 公開（公告）日: 2022-12-23
• 發明（設計）人: 王青松;梅文昕;孫金華
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F111/06
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 楊學明;盧紀

1.一種鋰離子電池電極設計參數的優化方法，其特征在于，包含以下步驟：

步驟一，選擇要進行優化的電池，測量其可測的電極設計參數和熱物性參數，并獲取其他的電極設計參數以及電極動力學參數；

步驟二，建立鋰離子電池的電化學-熱耦合模型；

步驟三，通過實驗進行模型驗證以及參數校正；

步驟四，通過校正后的模型獲取目標函數以及約束條件，依據兩種優化算法對電極設計參數進行優化；

步驟五，通過比較兩種優化算法得出的結果，得到最優的電極設計參數；

所述電化學-熱耦合模型包含了一個偽二維(P2D)電化學模型和一個三維(3D)熱模型；

(1)P2D電化學模型：電化學模型依據濃溶液理論和多孔電極理論，模型包含電極厚度(L)和活性材料顆粒粒徑(r)兩部分，由于Lr，因此在模型幾何中忽略r，只有沿電極厚度方向的一條線段，因此被稱為偽二維模型，依據有限元思想對網格進行剖分，然后求解電化學過程中的偏微分方程，可以得到電極電位、電解質電位、電解質濃度等電化學性能；

(2)3D熱模型根據電池實際尺寸構建三維幾何模型，將P2D電化學模型計算得到的熱源作為整體耦合進3D熱模型中，這將會引起3D熱模型中溫度的變化，而溫度的變化又反饋到P2D電化學模型中，引起電化學模型中與溫度相關參數的變化，這些參數的變化進一步引發熱源的變化，以此來實現電化學模型與熱模型的耦合。

2.根據權利要求1所述的一種鋰離子電池電極設計參數的優化方法，其特征在于：通過實驗方法進行了模型驗證以及參數校正，實驗采取以下步驟：(1)通過先恒流后恒壓的充電方法將電池充滿電；(2)對電池進行恒流放電，截止電壓設置為2.75V；(3)將實驗得到的放電曲線與模擬值進行比較；(4)用紅外熱像儀拍攝電池放電結束時表面的溫度分布，與模擬結果相比較；(5)根據上述步驟(3)和(4)的結果進行參數校正，得到校正后的電化學-熱耦合模型。

3.根據權利要求1所述的一種鋰離子電池電極設計參數的優化方法，其特征在于：該優化方法采用多目標優化，綜合考慮能量密度和功率密度兩個因素，對鋰離子電池的電極設計參數進行優化，最終得出最優的電極設計參數。

4.根據權利要求1所述的一種鋰離子電池電極設計參數的優化方法，其特征在于：該優化步驟采用兩種優化算法以提高精確度，并且根據兩種優化算法的優化結果選取最優解。