Основанные на кремнии материалы на основе олова на основе стали стали идеальными электродными материалами для литий-ионных батарей из-за их высокой плотности емкости. Однако механически этот тип материала часто сопровождается большой деформацией объема во время зарядки и разрядки, что приводит к высокому напряженному состоянию. И приводят к разрушению структуры электрода и другим проблемам, которые серьезно влияют на срок службы литий-ионных батарей.
Для того, чтобы разумно спроектировать структуру электрода и избежать механических повреждений, которые могут возникнуть в конструкции, необходимо установить сило-электрохимическое сцепление, определяющее отношение материала электрода в процессе заряда и разряда. Обычной практикой является получение экспериментального измерения in situ и формулы Stoney. Эволюция напряжения материала электрода во время заряда и разряда. Однако метод должен опираться на толщину пленки намного меньше толщины подложки, изменение толщины пленки в процессе деформации можно игнорировать, пленка и подложка являются хорошей адгезией между тремя гипотезами, Высокоэффективные батареи часто трудно удовлетворить этим условиям.
Для решения этой задачи исследовательская группа Государственной лаборатории нелинейной механики Института механики Китайской академии наук, основанная на теории силовой электрохимической связи, разработала набор методов расчета конечных элементов, которые могут точно характеризовать материал электрода во время заряда и разряда. Пластическая деформация и эволюция собственных напряжений Этот метод был использован для моделирования конечных элементов. Был описан анализ погрешности формулы Стоуни, вызванный большой упруго-пластической деформацией электродной пленки. Большая деформация электродной пленки, эластопластического конститутивного отношения и материала интерфейса Влияние свойств на кривую состояния разряда напряжения и заряда, а также соответствие между параметрами материала электрода и характеристиками состояния состояния разряда заряда и заряда. Эта работа заключается в исследовании силовой электрохимической связи, определяющей связь электродных материалов во время процессов заряда и разряда. Предоставлена помощь.
Связанные результаты исследований были опубликованы в Международном журнале источников энергии (Wen, J., Wei, Y., Cheng, YT, 2018. Изучение обоснованности уравнения Стони для измерений напряжений in situ в тонкопленочных электродах с использованием больших -конечная конечноэлементная процедура. J.Power Sources, 387,126-134.) и Journal of the Mechanics and Physics of Solids (Wen, J., Wei, Y., Cheng, YT, 2018. Эволюция стресса в упругом пластике Во время электрохимических процессов: численный метод и его приложения.J.Mech.Phys.Solids, 116, 403-415.) Исследование было поддержано Национальным научным фондом Китая, Китайским Академией наук класса B пилотного проекта и Национальным научным фондом Соединенных Штатов.
Рисунок: Типичная слоистая структура батареи и ее деформация: а) структура тонкопленочной адгезионной подложки из электрода, (б) сравнение численной модели и экспериментальных результатов, показывающая изменения напряжения в электродной пленке во время процессов заряда и разряда; с) Эластопластичность материала электрода и распределение внутренних напряжений сдвига пленки в условиях отказа интерфейса.