一种锂枝晶生长分析方法、装置及电子设备与流程

本发明涉及电池，具体而言，涉及一种锂枝晶生长分析方法、装置及电子设备。

背景技术：

1、锂金属在阳极上不规则的沉积会形成锂枝晶，锂枝晶的形成会导致电池可逆容量的降低和内部短路。锂枝晶的生长是多物理场共同作用的结果，包括离子浓度场、电场、应力场和温度场等，由于多物理场条件下锂枝晶问题的复杂性，目前通常使用仿真分析来研究锂枝晶生长过程。

2、现有方法，通常采用相场方法进行锂枝晶仿真，即将热力学、动力学和电化学结合来构建锂沉积的相场模型，再基于相场模型预测锂枝晶形貌，然而该方法通常只考虑相场区域对锂枝晶生长的影响，但锂枝晶生长过程由诸多因素共同决定，可能会导致仿真结果与实际情况相差较大，影响锂电池的仿真设计，进而可能影响锂电池性能。

技术实现思路

1、本发明解决的问题是如何提高锂枝晶生长的分析准确性。

2、为解决上述问题，本发明提供一种锂枝晶生长分析方法、装置及电子设备。

3、第一方面，本发明提供了一种锂枝晶生长分析方法，包括：

4、确定对锂枝晶生长进行相场仿真的相场参量，并建立所述相场参量的演化方程；

5、建立沉积系统的沉积模型，其中，所述沉积系统包括隔膜和相场区域；

6、根据所述相场参量的演化方程对所述沉积模型的各个区域进行定义；

7、根据定义后的所述沉积模型确定仿真计算条件，基于所述仿真计算条件对所述相场参量的演化方程进行求解，得到所述相场参量随时间变化的结果；

8、根据所述相场参量随时间变化的结果得到锂枝晶生长的分析结果。

9、可选地，所述锂枝晶生长分析方法还包括：

10、建立多个不同的所述沉积系统的沉积模型，其中，各个所述沉积系统中的所述隔膜不同；

11、基于各个所述沉积系统的沉积模型分别对所述相场参量的演化方程进行求解，得到各个所述沉积系统的沉积模型分别对应的所述相场参量随时间变化的结果；

12、对各个所述沉积系统的沉积模型分别对应的所述相场参量随时间变化的结果进行分析，得到多个不同的所述隔膜对锂枝晶生成影响的分析结果；

13、根据多个不同的所述隔膜对锂枝晶生成影响的分析结果确定对锂枝晶生长抑制效果最好的所述隔膜。

14、可选地，所述相场参量包括相场序参数、锂离子浓度和电势，所述建立所述相场参量的演化方程包括：

15、建立相场序参数演化方程；

16、建立锂离子浓度分布控制方程；

17、建立电势分布的控制方程。

18、可选地，所述建立相场序参数演化方程包括：

19、根据化学自由能密度函数、梯度自由能密度函数和电化学自由能密度函数确定所述沉积系统的总自由能函数，其中，所述化学自由能密度函数与所述相场序参数、所述锂离子浓度以及所述电势相关，所述梯度自由能密度函数与所述相场序参数相关，所述电化学自由能密度函数与所述锂离子浓度以及所述电势相关；

20、根据所述总自由能函数和界面迁移系数建立艾伦-卡恩方程；

21、根据所述艾伦-卡恩方程和巴特勒-福尔默方程建立所述相场序参数演化方程。

22、可选地，所述建立锂离子浓度分布控制方程包括：

23、根据固相扩散系数和液相扩散系数确定有效扩散系数，其中，所述固相扩散系数用于描述锂离子在锂金属内的迁移行为，所述液相扩散系数用于描述锂离子在电解液内的迁移行为；

24、根据所述有效扩散系数和沉积反应消耗项建立所述锂离子浓度分布控制方程。

25、可选地，所述建立电势分布的控制方程包括：

26、根据固相电导率和液相电导率确定有效电导率，其中，所述固相电导率用于描述锂金属中的电导特性，所述液相电导率用于描述电解液中的电导特性；

27、根据所述有效电导率建立所述电势分布的控制方程。

28、可选地，所述根据定义后的所述沉积模型确定仿真计算条件包括：

29、设置所述相场参量的演化方程的参数，基于定义后的所述沉积模型划分网格以及设置仿真计算的边界条件。

30、可选地，所述建立沉积系统的沉积模型包括：

31、生成所述沉积系统的初始区域，根据所述相场参量对所述初始区域进行定义，以分别建立电解液沉积模型、锂金属负极沉积模型和隔膜沉积模型；

32、根据所述电解液沉积模型、所述锂金属负极沉积模型和所述隔膜沉积模型建立所述沉积系统的沉积模型。

33、可选地，所述建立沉积系统的沉积模型还包括：通过参数化建模方法建立所述隔膜沉积模型。

34、第二方面，本发明提供了一种锂枝晶生长分析装置，包括：

35、第一模块，用于确定对锂枝晶生长进行相场仿真的相场参量，并建立所述相场参量的演化方程；

36、第二模块，用于建立沉积系统的沉积模型，其中，所述沉积系统包括隔膜和相场区域；

37、第三模块，用于根据所述相场参量的演化方程对所述沉积模型的各个区域进行定义；

38、第四模块，用于根据定义后的所述沉积模型确定仿真计算条件，基于所述仿真计算条件对所述相场参量的演化方程进行求解，得到所述相场参量随时间变化的结果；

39、第五模块，用于根据所述相场参量随时间变化的结果得到锂枝晶生长的分析结果。

40、第三方面，本发明提供了一种电子设备，包括存储器和处理器；

41、所述存储器，用于存储计算机程序；

42、所述处理器，用于当执行所述计算机程序时，实现如第一方面所述的锂枝晶生长分析方法。

43、本发明的锂枝晶生长分析方法的有益效果是：通过建立相场参量的演化方程以及包括隔膜和相场区域的沉积系统的沉积模型，根据相场参量的演化方程对沉积模型的各个区域进行定义后，根据定义后的沉积模型确定仿真计算条件，再基于仿真计算条件对相场参量的演化方程进行求解，根据解得的相场参量随时间变化的结果得到锂枝晶生长的分析结果，相对现有技术而言增加了对于对隔膜相的定义与建模，综合隔膜和相场区域对锂枝晶生长进行仿真分析，提高锂枝晶生长的分析准确性，可以在此基础上建立包含隔膜、电极和电解液三相的锂枝晶生长相场模型，研究不同隔膜类型对锂枝晶生长的影响，揭示锂枝晶生长的微观机制，进一步可以指导隔膜的设计和优化，最终提高锂离子电池的性能和安全性。

技术特征：

1.一种锂枝晶生长分析方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的锂枝晶生长分析方法，其特征在于，还包括：

3.根据权利要求1所述的锂枝晶生长分析方法，其特征在于，所述相场参量包括相场序参数、锂离子浓度和电势，所述建立所述相场参量的演化方程包括：

4.根据权利要求3所述的锂枝晶生长分析方法，其特征在于，所述建立相场序参数演化方程包括：

5.根据权利要求3所述的锂枝晶生长分析方法，其特征在于，所述建立锂离子浓度分布控制方程包括：

6.根据权利要求3所述的锂枝晶生长分析方法，其特征在于，所述建立电势分布的控制方程包括：

7.根据权利要求1所述的锂枝晶生长分析方法，其特征在于，所述根据定义后的所述沉积模型确定仿真计算条件包括：

8.根据权利要求1至7任一项所述的锂枝晶生长分析方法，其特征在于，所述建立沉积系统的沉积模型包括：

9.根据权利要求8所述的锂枝晶生长分析方法，其特征在于，所述建立沉积系统的沉积模型还包括：通过参数化建模方法建立所述隔膜沉积模型。

10.一种锂枝晶生长分析装置，其特征在于，包括：

11.一种电子设备，其特征在于，包括存储器和处理器；

技术总结
本发明提供了一种锂枝晶生长分析方法、装置及电子设备，涉及电池技术领域。本发明所述方法包括：确定对锂枝晶生长进行相场仿真的相场参量，并建立相场参量的演化方程；建立沉积系统的沉积模型，其中，沉积系统包括隔膜和相场区域；根据相场参量的演化方程对沉积模型的各个区域进行定义；根据定义后的沉积模型确定仿真计算条件，基于仿真计算条件对相场参量的演化方程进行求解，得到相场参量随时间变化的结果；根据相场参量随时间变化的结果得到锂枝晶生长的分析结果。本发明所述的技术方案，相对现有技术而言增加了对于对隔膜相的定义与建模，综合隔膜和相场区域对锂枝晶生长进行仿真分析，提高了锂枝晶生长分析的准确性。

技术研发人员：胡庆阳,周忠年,杜鹏,魏岩巍,潘福中
受保护的技术使用者：浙江极氪智能科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5