[發明專利]一種鋰離子電池的鋰沉積預測方法和裝置

有效

• 申請號: 201910162290.2
• 申請日: 2019-03-04
• 公開（公告）號: CN109946622B
• 公開（公告）日: 2021-02-23
• 發明（設計）人: 湯依偉
• 申請（專利權）人: 湯依偉
• 主分類號: G01R31/387
• 分類號: G01R31/387;G01R31/367;G01R31/378;G01R31/385
• 代理公司: 北京超凡志成知識產權代理事務所(普通合伙) 11371
• 代理人: 安衛靜

本發明提供了一種鋰離子電池的鋰沉積預測方法和裝置，涉及鋰離子電池的技術領域，包括：獲取待檢測鋰離子電池在充電過程中的物理化學參數和待檢測鋰離子電池的尺寸數據；基于所述物理化學參數和所述尺寸數據構建所述待檢測鋰離子電池的三維電化學模型和所述待檢測鋰離子電池的三維熱模型；將三維電化學模型和三維熱模型進行耦合，得到電化學熱耦合模型；將物理化學參數輸入電化學熱耦合模型，計算所述待檢測鋰離子電池的目標參數；基于目標參數，預測待檢測鋰離子電池的鋰沉積結果，解決了目前鋰離子電池充電過程中鋰沉積現象的預測精度較低的技術問題。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池技術領域，尤其是涉及一種鋰離子電池的鋰沉積預測方法和裝置。

背景技術

鋰離子電池在大倍率或低溫條件下進行充電時，容易造成金屬鋰沉積并形成枝晶，引發安全問題。由于鋰離子電池是個封閉的系統，工作過程中內部發生的細微變化難以通過實驗方法進行實時并且定量的表征。數值仿真技術成為研究這類封閉系統的有效手段。在建立電化學模型的基礎上，引入觸發金屬鋰沉積的數學方程，是本領域研究人員采用的主要方法。

由于傳統實驗方法難以實時定量的解析電池充電過程的析鋰情況，目前主要是通過準二維電化學模型進行仿真計算，并且在研究時忽略了溫度的影響；另一方面，隨著電池尺寸的增加，忽略電池長度和寬度方向，僅考慮電池厚度方向的準二維模型難以真實模擬電池內部電極不同位置的鋰沉積現象，進而導致對鋰沉積現象的預測結果精度較低。

針對上述問題，還未提出有效的解決方案。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種鋰離子電池的鋰沉積預測方法和裝置，以緩解了現有的鋰離子電池的鋰沉積預測方法對鋰沉積的預測精度較低的技術問題。

第一方面，本發明實施例提供了一種鋰離子電池的鋰沉積預測方法，該方法包括：獲取待檢測鋰離子電池在充電過程中的物理化學參數和所述待檢測鋰離子電池的尺寸數據；基于所述物理化學參數和所述尺寸數據構建所述待檢測鋰離子電池的三維電化學模型和所述待檢測鋰離子電池的三維熱模型；將三維電化學模型和三維熱模型進行耦合，得到電化學熱耦合模型；將所述物理化學參數輸入所述電化學熱耦合模型，計算所述待檢測鋰離子電池的目標參數，其中，所述目標參數包括：固相電勢參數、液相電勢參數、液相鋰離子濃度參數、固相鋰離子濃度參數和電池溫度參數；基于所述目標參數，預測所述待檢測鋰離子電池的鋰沉積結果。

進一步地，基于所述物理化學參數和所述尺寸數據構建所述待檢測鋰離子電池的三維電化學模型和所述待檢測鋰離子電池的三維熱模型包括：基于電荷守恒定律、物料守恒定律、電極動力學定律、熱力學參數、動力學參數和所述尺寸數據，構建所述待檢測鋰離子電池的三維電化學模型；基于能量守恒定律和所述尺寸數據構建待檢測鋰離子電池的三維熱模型。

進一步地，將所述物理化學參數輸入所述電化學熱耦合模型，計算所述待檢測鋰離子電池的目標參數包括：基于電荷守恒定律、物料守恒定律和能量守恒定律，得到包含所述目標參數的目標公式；將所述目標公式和所述物理化學參數輸入所述電化學熱耦合模型，求解出所述目標參數。

進一步地，基于電荷守恒定律、物料守恒定律、能量守恒定律和所述物理化學參數，得到包含所述目標參數的目標公式包括：基于電荷守恒定律和所述物理化學參數，得到包含固相電勢參數的第一公式，以及得到包含液相電勢參數第二公式；基于物料守恒定律和所述物理化學參數，得到包含液相鋰離子濃度參數的第三公式，以及得到固相鋰離子濃度參數的第四公式；基于能量守恒定律和所述物理化學參數，得到包含所述待檢測鋰離子電池的電池溫度參數的第五公式。