面向可充电锂离子电池应用的单颗粒 LiFePO4 纳米粒子中锂嵌入动力学的相场模拟
材料科学
2018-07-20 v1
摘要
我们开发了一个连续相场模型，用于模拟 LiFePO4 纳米粒子中锂嵌入过程中的扩散限制固-固相变。LiFePO4（LFP）相与 FePO4（FP）相之间的固-固相界面被建模为有限宽度的弥散界面。该模型描述显式解析单个嵌入在弹性较软的电解质相中的 LiFePO4 粒子。此外，我们显式包含了由各向同性（正交晶系）和由共格应变引起的非均匀弹性效应，以及纳米粒子内部各向异性（一维）的锂扩散。通过两种模型研究了纳米粒子尺寸对 FP 到 LFP 相变动力学的影响。两种模型均预测，随着粒子尺寸减小至与 FP 和 LFP 相之间界面宽度相当的尺寸时，稳态相变速度显著增加。然而，Allen-Cahn 型描述的额外动力学参数可用于减弱速度随粒子尺寸减小而增强的程度。进一步，我们考虑了各向异性和非均匀弹性对嵌入弹性较软电解质中的矩形 LiFePO4 粒子内锂化动力学的影响。最后，讨论了 LiFePO4 粒子平衡形状的模拟。在一项相应的可行性研究中，我们证明了模拟长宽比高达 1/5 的强各向异性粒子也是可能的。
引用
@article{arxiv.1807.07344,
title = {Phase-field modeling of Li-insertion kinetics in single LiFePO\textsubscript{4}-nano-particles for rechargeable Li-ion battery application},
author = {Michael Fleck and Holger Federmann and Evgeny Pogorelov},
journal= {arXiv preprint arXiv:1807.07344},
year = {2018}
}