Technical Papers and Presentations

为了实现锂电池电芯设计定向优化及评估析锂风险，如Fig.1所示，本工作利用COMSOL的“电池模块”中的“Lithium-ion battery”物理接口，基于Dolye等[1]的伪二维（P2D）模型、多孔电极及浓溶液理论，建立了固液相电荷守恒、固液相物质守恒及电荷转移守恒方程并求解，采用带初始化的瞬态求解器进行仿真。考虑到计算成本及场景需求，磷酸铁锂（LFP）电池电芯设计、极片缺陷和涂覆不同动力学负极材料案例分别构建为一维、二维和三维模型。为优化LFP的多孔电极的孔隙率、厚度设计，实现比能量和比功率最大化，基于COMSOL锂电池接口模拟了290多组设计实验，并基于Python开发了机器学习代理模型-NSGA II的比能量/比功率双目标优化框架，可在1分钟内完成500组Pareto解的设计，节约时间成本可达97%以上。为探究不同极片缺陷的影响机制，在COMSOL中设置不同缺陷触发的边界条件和计算域属性，电池负极电势仿真结果表明，刮料缺陷相较于贴胶和气泡缺陷有更高的析锂风险。利用COMSOL验证了在集流体两侧涂覆不同动力学负极材料的电池性能变化，结果表明可以通过涂覆不同动力学材料来改变电极的电势及电流分配，从而降低R角的析锂风险：具体来说，远离“正包负”侧的负极采用动力学更好的材料。