基于三维电化学热耦合析锂模型的锂离子电池参数设计

马勇, 李晓涵, 孙磊, 郭东亮, 杨景刚, 刘建军, 肖鹏, 钱广俊

Parameter design of lithium-ion batteries based on a three-dimensional electrochemical thermal coupling lithium precipitation model

Yong MA, Xiaohan LI, Lei SUN, Dongliang GUO, Jinggang YANG, Jianjun LIU, Peng XIAO, Guangjun QIAN

表1 电化学热耦合模型参数

Table 1 Electrochemical thermal coupling model parameters

参数	参数意义	单位	负极	隔膜	正极
L	极片厚度	$μ m$	100^①	15^①	51^①
L_cc	集流体厚度	$μ m$	15.3^①	—	9^①
i_1C	1 C倍率下平均电流密度	A/m²	26.67^①
c_s,max	固相颗粒最大嵌锂浓度	mol/m³	25255^②	—	110995^②
x_0/100	负极初始时刻化学计量比	1	0.0073/0.9501^②
y_0/100	正极初始时刻化学计量比	1	0.9329/0.2904^②
A_total	活性物质总反应面积	m²	5.49^①
r_s	固相颗粒半径	$μ m$	12^③	—	10^③
κ_e	液相离子电导率	S/m	$\begin{array}{l} κ_{e} = 1 \times 10^{- 4} c (- 10.5 + 0.074 T - 3.96 \times 10^{- 5} T^{2} + 6.68 \times 10^{- 4} c - \\ 1.78 \times 10^{- 5} T + 2.8 \times 10^{- 8} T^{2} + {4.94 \times 10^{- 7} c^{2} - 8.86 \times 10^{- 10} c^{2} T)}^{2} \end{array}$
σ_s	固相电导率	S/m	100^④	—	10^④
ε_e	液相体积分数	1	0.357^③	0.4^③	0.444^③
σ_s^eff	固相有效电导率	S/m	ε_s^1.5σ_s	—	ε_s^1.5σ_s
cl₀	电解质初始盐浓度	mol/m³	1000^③
E_a	活化能	J/mol	21350^⑤	—	20500^⑤
k_ref	参考温度下的反应速率常数	m/s	3e^-11④,⑤	—	4e^-11④,⑤
D_e	液相扩散系数	m²/s		$D_{e} = 1 \times 10^{- 8.83 - \frac{54}{(T - 5 \times 10^{- 3} c - 299)} - 2.2 \times 10^{- 4} c}$
D_s,ref	参考温度下的固相扩散系数	m²/s	3.9e^-14④,⑤	—	4.5e^-13④,⑤
T_ref	参考温度	K		298.15
α_a、α_c	传递系数	1	0.5	—	0.5
C_p	比热容	J/(kg·K)		1150^①
h	对流换热系数	W/(m²·K)		22^①
F	法拉第常数	C/mol		96485
R	理想气体常数	J/(mol·K)		8.314