浓度相关材料性能对含心壳结构电极粒子破裂与脱粘的影响
化学物理
2024-03-21 v1 材料科学
计算工程、金融与科学
应用物理
摘要
含心壳电极粒子设计可提高锂离子电池性能。然而，这些粒子易受机械损伤，如破裂和脱粘，显著降低其寿命。我们使用耦合有限元模型探讨了浓度依赖材料性能对 exemplar 系统（NMC811 核心和 NMC111 壳）失效机制的影响。具体而言，我们系统比较了假设常数材料性能与使用浓度依赖的扩散系数和部分摩尔积量的影响。在常数材料性能假设下，结果显示较小的核心和较薄的壳可避免破裂和脱粘区域。当考虑浓度依赖的部分摩尔积量时，壳中拉伸环向应力的最大值显著低于常数性能预测的值，降低了破裂的可能性。此外，考虑浓度依赖的扩散系数时，由于高状态下锂的迁移性降低，观察到对完全电极利用的显著障碍。这提供了解释实验中可访问容量降低的可能原因。发现壳厚度是考虑浓度依赖性后预防结构完整性最主要的因素。这些发现为含心壳电极粒子的性能和有效设计提供了新视角。
引用
@article{arxiv.2403.13409,
title = {Influence of concentration-dependent material properties on the fracture and debonding of electrode particles with core-shell structure},
author = {Y. Tu and B. Wu and W. Ai and E. Martínez-Pañeda},
journal= {arXiv preprint arXiv:2403.13409},
year = {2024}
}