以模型化仿真技术为基础的电池正向设计方法可替代大量制样、实验选优的试错方法,从而显著缩短产品研发周期、降低物料与能源的成本消耗、提高产品创新能力.本文基于热-电化学耦合的三维跨尺度模型,在单体尺寸与容量不变的约束条件下探究了电极结构参数如电极涂层厚度、孔隙率等对单体主要性能参数如功率、能量、单位质量与体积比功率、单位质量与体积比能量的影响,并基于过电压分解方法揭示了其影响机理.结果表明,电池电极结构参数对电池多类性能存在不同的影响趋势,应重点权衡以下设计关系:第一,厚涂、少孔的电极结构提高了电池能量,但由于增大了液相传输阻力,使得电池功率降低;第二,薄涂、多孔的电极结构提高了电池功率,但由于可能增加电池总质量,反而诱发单位质量比功率下降;第三,薄涂、多孔设计方案对于功率性能改善的效用逐步递减,到达一定临界值后,其对液相传输的改善效用几乎消失,不再是设计改进的主要方向.
锂离子电池 三维热-电化学耦合模型 电极结构 功率性能 能量性能