[發明專利]一種鋰離子電池性能預測模型及其構建方法和應用

在審

• 申請號: 201911333597.0
• 申請日: 2019-12-23
• 公開（公告）號: CN111062137A
• 公開（公告）日: 2020-04-24
• 發明（設計）人: 王華宇;聶志華;伊許玲;孫悍駒;孫影;屈國瑩
• 申請（專利權）人: 榮盛盟固利新能源科技有限公司
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20
• 代理公司: 北京八月瓜知識產權代理有限公司 11543
• 代理人: 李斌

1.一種鋰離子電池性能預測模型的構建方法，其特征在于，包括：

步驟一：對樣品進行電化學測試、熱測試和力學測試，獲得電化學參數、熱參數和力學參數；

步驟二：建立電化學模型、熱模型和力學模型的耦合模型，將所述電化學參數、熱參數和力學參數賦值于所述耦合模型；

步驟三：對樣品進行測試以獲得測試數據，利用所述測試數據對所述耦合模型進行校準，獲得鋰離子電池性能預測模型。

2.根據權利要求1所述的構建方法，其特征在于，所述電化學模型根據固相物料守恒方程、液相物料守恒方程、固相電荷守恒方程、液相電荷守恒方程和電化學動力學方程中的多種進行構建；

優選地，所述電化學模型的構建參數包括基于每一SOC的活性材料體積分數和/或活性材料密度。

3.根據權利要求1所述的構建方法，其特征在于，所述熱模型根據能量守恒方程、可逆熱方程、歐姆熱方程和反應熱方程中的多種進行構建；

優選地，所述熱模型的構建參數包括SEI膜產生的焦耳熱。

4.根據權利要求1所述的構建方法，其特征在于，所述力學模型根據活性材料顆粒的力學方程和電極涂層的力學方程進行構建，所述力學方程包括力學平衡方程、本構方程和幾何方程中的多種。

5.根據權利要求1-4任一所述的構建方法，其特征在于，所述耦合模型的耦合方式包括如下中的至少一種：

a)以所述電化學模型的產熱功率作為所述熱模型的熱源；

b)所述熱模型輸出的溫度通過阿倫尼烏斯關系影響所述電化學模型的動力學參數；

c)所述電化學模型的固相鋰離子濃度影響所述力學模型中活性材料顆粒的非彈性應變；

d)所述力學模型的應力影響所述電化學模型中的電極反應平衡電位。

6.根據權利要求1所述的構建方法，其特征在于，所述對樣品進行測試以獲得測試數據，包括：

1)在不同溫度下對樣品進行不同倍率的恒流放電，截止條件為電壓；

2)在放電過程中采集樣品表面中心溫度；

3)獲得樣品的電壓-時間曲線和溫度-時間曲線。

7.根據權利要求1所述的構建方法，其特征在于，所述樣品包括電池樣品、電極樣品和活性材料樣品，活性材料樣品包括正極材料和負極材料；

優選地，所述正極材料選自鎳鈷錳三元材料、磷酸鐵鋰、鈷酸鋰、鎳酸鋰、錳酸鋰和磷酸錳鋰中的至少一種；

優選地，所述負極材料選自人造石墨、天然石墨、中間相碳微球、硅、氧化亞硅和鈦酸鋰中的至少一種。

8.一種鋰離子電池性能預測模型，其特征在于，根據權利要求1-7任一所述的構建方法構建得到。

9.權利要求8所述的鋰離子電池性能預測模型在預測鋰離子電池性能上的應用。

10.一種預測鋰離子電池性能的仿真方法，其特征在于，包括：利用權利要求8所述的鋰離子電池性能預測模型對鋰離子電池的性能進行測試；

優選地，所述性能包括電池厚度變化、電極內應力、溫度、離子濃度、電位和產熱功率中的至少一種，優選包括電池厚度變化和/或電極內應力。