基于多层Doyle-Fuller-Newman模型的锂离子电池双层阴极设计程序
动力系统
2025-11-11 v1 材料科学
摘要
锂离子电池中的各类异质结构可是电极在充电过程中 underutilization 和 degradation 的重要因素。双层阴极被提出作为一种便于且可扩展的方式，以同质化阴极响应。本文利用多层Doyle-Fuller-Newman（M-DFN）模型对由锂镍锰钴氧化物（NMC622）和锂铁磷酸盐（LFP）组成的双层阴极进行优化。碳粘结剂域、电解液体积分数和湿度的变化为提高锂离子电荷迁移提供了最大控制。经过优化的双层设计能够在0-90% SOC之间以3C电率充电，仅需18.6分钟，实现4.4 mAh/cm2。与仅含LFP的阴极相比，双层阴极实现了41%的容量提升。通过基于机械原理的建模，表明优化双层在阴极和电解液厚度上的更均匀电流分布以及电解液枯竭预防方面实现了3C充电的改进。结果在基于X射线计算断层扫描（CT）的高保真微观结构模型上得到了验证。这些结果说明了建模如何用于快速搜索新的阴极设计。
引用
@article{arxiv.2511.06228,
title = {A Bilayer Cathode Design Procedure for Li ion Batteries Using the Multilayer Doyle-Fuller-Newman Model (M-DFN)},
author = {E. C. Tredenick and A. M. Boyce and R. Drummond and S. R. Duncan},
journal= {arXiv preprint arXiv:2511.06228},
year = {2025}
}