[發明專利]優化電池正極參數的方法、電池設計方法及計算機設備

有效

• 申請號: 202010828952.8
• 申請日: 2020-08-18
• 公開（公告）號: CN111950161B
• 公開（公告）日: 2021-07-20
• 發明（設計）人: 李哲;左安昊
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F111/10;H01M4/02
• 代理公司: 北京華進京聯知識產權代理有限公司 11606
• 代理人: 魏朋

本申請涉及一種優化電池正極參數的方法、電池設計方法及計算機設備。包括獲取電池參數，并建立數值模型，進而獲取正極?集流體界面液相鋰離子濃度剛好為零時的放電電流值，作為極限擴散電流仿真值。獲取極限擴散電流表達式，并將數值模型對應的電池正極參數輸入至極限擴散電流表達式，得到第一極限擴散電流估計值，進而獲得固相傳輸修正值。將待選設計方案中的電池正極參數輸入至極限擴散電流表達式，得到第二極限擴散電流估計值，進而獲得極限擴散電流修正值。獲得實際需求放電電流，并利用實際需求放電電流與極限擴散電流修正值比較，確定電池正極參數的取值范圍。上述方法可以避免液相鋰離子濃度為0的情況。

技術領域

本申請涉及電池領域，特別是涉及一種優化電池正極參數的方法、電池設計方法及計算機設備。

背景技術

鋰離子電池憑借其高能量密度、長循環壽命以及高放電電壓等優勢，廣泛應用于3C電子、電動交通及儲能電站等領域，隨著鋰離子電池技術的持續發展，客戶對鋰離子電池的各項性能指標提出了更高的需求。

傳統技術方案中，以正極活性材料顆粒半徑、正極固相體積分數、正極涂覆厚度為設計參數(取值范圍基于電極合理設計限定條件)，以能量密度或功率密度為目標函數，建立機理性的電化學-熱耦合模型，并將仿真結果實時引入到優化模塊，優化模塊計算得到的迭代值反饋到電化學-熱耦合模型，通過優化算法反復迭代直至目標函數取得最大值、獲得最優設計方案。利用傳統技術方案得到的結果隨著電池放電倍率增大，正極-集流體界面區域會出現液相鋰離子濃度為0的情況，使得電池放電容量驟降。

發明內容

基于此，本申請提供一種優化電池正極參數的方法、電池設計方法及計算機設備，可以在多參數協同優化前根據實際放電電流需求，篩選與液相傳輸有關的正極參數，以避免液相鋰離子濃度為0情況的出現，防止因液相傳輸限制導致電池放電容量驟降。

一種優化電池正極參數的方法，包括：

獲取電池參數，并建立數值模型；

根據所述數值模型，獲取正極-集流體界面液相鋰離子濃度剛好為零時的放電電流值，作為極限擴散電流仿真值，并記錄所述數值模型對應的電池正極參數；

獲取極限擴散電流表達式，并將所述數值模型對應的所述電池正極參數輸入至所述極限擴散電流表達式，得到第一極限擴散電流估計值；

根據所述第一極限擴散電流估計值和所述極限擴散電流仿真值，獲得固相傳輸修正值；

將待選設計方案中的電池正極參數輸入至所述極限擴散電流表達式，得到第二極限擴散電流估計值；

根據所述第二極限擴散電流估計值和所述固相傳輸修正值的差值，獲得所述待選設計方案中的所述電池正極參數對應的極限擴散電流修正值；

獲得實際需求放電電流，并利用所述實際需求放電電流與所述極限擴散電流修正值比較，確定所述電池正極參數的取值范圍。

在其中一個實施例中，根據所述數值模型，獲取正極-集流體界面液相鋰離子濃度剛好為零時的放電電流值，作為極限擴散電流仿真值的步驟包括：

以放電倍率為變量，以所述正極-集流體界面液相鋰離子濃度剛好為零為目標，對所述數值模型進行計算。

在其中一個實施例中，所述極限擴散電流表達式為：

其中，F為法拉第常數，L、ε分別為厚度、孔隙率，下標pos、sep分別表示正極、隔膜，為液相擴散系數關于濃度的積分項。

在其中一個實施例中，獲得實際需求放電電流的步驟包括：

根據設計容量及實際放電需求計算所述實際需求放電電流。