近期,易来科得发布了电池研发软件工具链中的全新产品ElectroderSIM电极设计与工艺优化软件。 产品内置创新的电池非均相电化学模型,而不使用高度简化的P2D均相模型。全新的电池仿真体验,全面展现电极多孔或致密微观结构内部的离子浓度、电势、电流密度场。
核心模型:创新的非均相电极模型
传统的P2D模型已应用30余年,新材料应用、新工艺开发、固态电池对于离子通路与界面接触提出了更高的设计要求,使得传统模型难以满足电极精细化设计与制造的需求。创新的非均相电极模型可趋真地刻画颗粒尺寸分布与电池多孔结构,实现锂离子与电子浓度的固液分相interwetten与威廉的赔率体系 ,更适用于解决精细化的电极设计与工艺优化问题。
传统的P2D模型
创新的非均相模型
特有输出:离子/电子浓度场可视化
载流子浓度场(包括锂离子浓度场与电子电流密度场)在电极固液混合多孔结构内部的分布,是非均相模型独有的重要输出。
载流子浓度场的时空演进规律,是解析电池性能瓶颈、定位电池设计缺陷的主要理论依据。
固相锂离子浓度场(Cs)
液相锂离子浓度场(Cl)
固相电势场(φs)
液相电势场(φl)
固相电流密度场(is)
液相电流密度场 (il)
实用功能
工艺模块:工艺缺陷或新工艺仿真
非均相电极模型可方便地刻画工艺缺陷或新工艺,ElectroderSIM首批上线工艺模块包含:复合正极、双层涂布/梯度造孔、涂布厚度不均(露箔/针眼),可计算上述工艺对于电池各类性能的影响。
实车工况:车路模型预测里程/能耗
内置车辆与道路环境模型,以及NEDC、WLTP、CATC等典型道路循环工况,将车速曲线转换为电池功率曲线,从而可仿真车辆续驶里程、百公里能耗、制动能量回收节能率等用户关心的车辆性能参数。让电芯用户更懂您的整车客户,帮助用户成功。
析锂定性与定量:输出过电位与析锂量
析锂是电池快充与交流加热的限制因素,本功能对析锂建立了工况全时间、电极全空间的定性/定量预测能力,是研究可快充电池设计、电池充电策略、电池交流自加热策略的好帮手。
【析锂定性判断】监控所有负极材料颗粒表面的析锂过电位,全区域判定是否发生析锂,并定位出最先析锂位置。
【析锂量计算】可计算得到全时间过程中的析锂总量,并计算出所有固液界面处析锂量的具体空间分布。
快充MAP:一键生成电池快充能力最大电流曲线
模块可针对所设计的电芯,一键式生成多个环境温度下的最大快充能力MAP,帮助用户快速丰富电池产品手册,并向后支持BMS充电策略研发。
典型案例
1. 超厚电极设计影响能量/功率
超厚电极设计显著提高了热力学能量密度,但功率性能变差
1) 超厚涂布(正极涂厚从63到100微米)将4680电池的热力学能量密度提高约6%;
2) 超厚涂布电极2C下的放电时间(可用容量)相比常规涂布厚度电池缩短5%;
3) 超厚涂布电极的液相锂离子浓度梯度显著增大。
2. 合理粒径的筛选与设计
材料粒径选取影响电池性能,当合理降低粒径后,到达截止电压前的容量得到提升
将某电池负极石墨颗粒的D50从22μm降低到12μm后,进行1C放电对比,放电截止时刻的负极颗粒内部锂离子浓度残留显著降低,可用容量显著提高。
3. 复合正极中的不同主材利用率
正极或负极活性材料由2种或以上组成时(多组分),在不同电压区间内使用,两种材料各自利用率不同
三元与铁锂两种正极材料以质量比7:3混合,可观察到复合材料电极的端电压线型变化,以及放电过程中两种材料各自的利用率情况。当质量混合比不同时,结果将随之变化。
4. 双层涂布、压密不同
压实密度不同的双层涂布对电性能的影响
同种材料、双层涂布,A、B层的压实密度不同。靠近隔膜高压实(低孔隙率)设计下,正极靠近集流体侧液相浓度显著减小,浓差增大,进而引起放电极化增加。
5.涂布缺陷如何影响电池性能
在涂布中存在的露箔、凹坑等将显著影响周边的电势场与离子浓度场,可能成为析锂的先发位置,并影响容量。
6. 装备某款电池的某EV产品:续驶里程、能耗、能量回收节能率
内置电池-车辆-道路模型,对装备有某特定电池的EV车型,预测任意工况下的续驶里程、能耗、能量回收节能率 。
7. 析锂判定与计算
某电池进行1.5C的CC-CV充电,可判断是否发生析锂,优先发生在哪个位置,并计算析锂量。
8. 一键生成电池快充MAP图
计算某4680圆柱电池(NCA/SiC)在不同环境温度下的最大无析锂瞬时充电电流,并通过最大电流两侧的多段CC实验验证其有效性。
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原文标题:易来科得发布ElectroderSIM®电极设计与工艺优化软件
文章出处:【微信号:weixin-gg-lb,微信公众号:高工锂电】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。
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