锂离子电池充放电过程电极裂纹扩展分析

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作   者：

张本龙;  李嘉颖;  许泽;  刘玉岚;  王彪; 

作者机构：

中山大学航空航天学院;  中山大学物理学院; 

关键词：

裂纹扩展;  K准则;  锂离子电池;  扩散诱导应力; 

期刊名称：

中山大学学报(自然科学版)(中英文)

i s s n：

0529-6579

年卷期：

2022 年 61 卷 003 期

页   码：

93-100

摘   要：

采用基于有限变形理论和扩散诱导应力假设的本构方程,建立了三维直角坐标下张量形式的锂离子扩散—应力耦合模型.利用有限元法,结合断裂理论中的K准则,判定裂纹的开裂.将该模型应用到柱形电极和球形电极上,在其中添加三维裂纹,研究应力强度因子与裂纹尺寸的关系;并结合材料的断裂韧性,得到了裂纹开裂的临界尺寸amin.研究发现:电极中长度超过临界尺寸的裂纹将扩展,柱形电极中沿轴向发展的裂纹将持续扩展直至贯穿,沿径向发展的裂纹将逐渐稳定不会贯穿;球形电极中的裂纹也将逐渐稳定,贯穿与否取决于电极尺寸.且该三维模型不仅仅限于轴对称情况,还适用于包含任意缺陷形式的颗粒电极,具有普遍意义.研究成果可对颗粒电极内部缺陷筛查提出优化建议.