Un modelo constitutivo para el acoplamiento fuerza-electroquímico de materiales de electrodos de baterías de iones de litio

Los materiales de electrodo a base de silicio y estaño se han convertido en materiales de electrodo ideales para baterías de iones de litio debido a su alta densidad de capacitancia. Sin embargo, en mecánica, este tipo de material suele ir acompañado de grandes deformaciones volumétricas durante el proceso de carga y descarga, lo que genera condiciones de alto estrés y provoca problemas como fractura y destrucción de las estructuras de los electrodos, que afectan gravemente a la vida útil del litio. -baterías de iones.

Para diseñar la estructura del electrodo de manera razonable y evitar el daño mecánico causado por la estructura, es necesario establecer la relación constitutiva del acoplamiento fuerza-electricidad-químico del material del electrodo en el proceso de carga y descarga. El enfoque habitual es la evolución de la tensión durante la carga y descarga de materiales de electrodos obtenidos mediante experimentos de medición in situ y fórmulas de Stoney. Sin embargo, este método debe basarse en tres supuestos: el grosor de la película es mucho menor que el grosor del sustrato, el grosor de la película es insignificante durante el proceso de deformación y la adhesión entre la película y el sustrato es buena. Las baterías de alto rendimiento de tiempo suelen ser difíciles de cumplir. Estas condiciones.

Para resolver este problema, el equipo de investigación del Laboratorio Estatal Clave de Mecánica No Lineal del Instituto de Mecánica de la Academia de Ciencias de China desarrolló un conjunto de métodos de cálculo de elementos finitos basados en la teoría del acoplamiento fuerza-eléctrico-químico, que puede describir con precisión las bombas de los materiales de los electrodos durante la carga y descarga. Gran deformación plástica y evolución de tensiones inherentes. La simulación de elementos finitos se lleva a cabo mediante este método. Se describe el análisis del error de la fórmula de Stoney causado por la gran deformación elástico-plástica de la película del electrodo. La gran deformación, relación constitutiva elastoplástica de la película del electrodo y la propiedad del material de interfaz en la curva de estado de tensión-carga-descarga Influencia, y la correspondencia entre los parámetros del material del electrodo y las características de la curva de estado de tensión-carga-descarga. Este trabajo ha ayudado a estudiar la relación constitutiva del acoplamiento fuerza-electroquímico de los materiales de los electrodos durante la carga y descarga.

Los resultados de la investigación relacionada se han publicado en la revista internacional Journalofpowersources (Wen, J., Wei, Y., Cheng, YT, 2018. Examinando la validez de la ecuación de Stoney para medidas de tensión in situ en un electrodo de película delgada susinga una deformación finita grande -elemento procedimiento. J. PowerSources, 387, 126-134.) y Journal of the Mechanics and Physics of Solids (Wen, J., Wei, Y., Cheng, YT, 2018. Electrodos plásticos inelásticos de evolución del estrés durante procesos electroquímicos : Método anumérico y sus aplicaciones. J. Mech. Phys. Solids, 116, 403-415.). La investigación fue apoyada por la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China, el Proyecto Piloto Clase B de la Academia China de Ciencias y la Fundación Nacional de Ciencias de los Estados Unidos.

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