硅粒子在锂化/去锂过程中断裂行为的全耦合多物理场建模
应用物理
2026-01-06 v1
摘要
本研究开发了一种完全耦合质量输运、变形、相场和疲劳损伤的多物理场模型，用于探讨硅粒子在单次锂化/去锂循环及多次循环中的断裂和破碎行为。系统分析了粒径、充电速率和预存在裂纹对硅粒子失效行为的影响。结果表明，充电速率、粒径和预存在裂纹长度的增加导致裂纹率增大和粒子破碎加速。随后，开发了硅粒子断裂行为的验证等值图。此外，考察了预存在裂纹长度和充电速率对疲劳损伤的影响，发现更长的预存在裂纹长度和更大的充电速率会缩短粒子的循环寿命。最后，为缓解粒子断裂，引入了纳米孔洞，研究了孔隙率对断裂行为的影响。结果表明，纳米孔洞可减少膨胀，耗散全球拉伸应力，延长裂纹传播路径。该开发的计算框架建立了应力扩散耦合理论与粒子级退化之间的预测关系，为未来的设计和制造提供了指导，使硅基负极电池具有更好的抗失效能力。
引用
@article{arxiv.2601.01443,
title = {Fully Coupled Multiphysics Modelling of Fracture Behaviour in Silicon Particles During Lithiation Delithiation Using the Phase Field Method},
author = {Jie Yang and Wei Tan},
journal= {arXiv preprint arXiv:2601.01443},
year = {2026}
}