présenter (qqn pour un emploi, etc.)

Avec le développement rapide de l'époque, les batteries lithium-ion (LIB) ont été largement utilisées dans les véhicules électriques et hybrides. Cependant, afin d'augmenter la densité de puissance de sortie, il est nécessaire de concevoir des structures poreuses optimales dans les couches d'électrodes, car le transfert d'ions et d'électrons de lithium dépend fortement de cette structure hétérogène. Quoi qu'il en soit, les électrodes de Si et de Sn ont été développées en tant que matériaux actifs d'anode à haute capacité. En particulier, plusieurs nouveaux matériaux ont été signalés du point de vue de la capacité, de la sécurité et des performances de cyclage. Cependant, peu d'études ont été menées pour concevoir des structures d'électrodes avec ces matériaux d'anode, car il faut tenir compte de l'effet d'expansion du volume pendant la charge et la décharge, ce qui est difficile. Dans notre étude précédente, nous avons calculé les réactions électrochimiques et le transfert de masse en utilisant l'expansion du volume du matériau actif comme paramètre dans nos calculs. Dans cette étude, nous avons d'abord comparé les résultats de cette simulation avec les variations d'épaisseur réelles et les courbes de charge obtenues expérimentalement. Ensuite, nous avons utilisé le modèle pour comparer chaque matériau actif d'anode dans des conditions de charge. Nous avons utilisé le modèle de simulation précédent. Les hypothèses suivantes ont été faites : (1) la couche d'électrode est une structure poreuse homogène, de sorte que des calculs unidimensionnels ont été effectués ; (2) la distribution de la température à l'intérieur de la cellule est uniforme ; et (3) la taille des particules du matériau actif est petite, ce qui permet au lithium de se diffuser rapidement à l'intérieur des particules du matériau actif. Par conséquent, la distribution de la concentration de lithium dans les particules est uniforme ; (4) la substance active positive est LiCoO2 et l'électrode négative est en graphite ou en silicium. (5) Les effets des fissures et de l'écaillage produits dans la couche d'électrode sont ignorés.

Applications

Dans cet article, nous nous concentrons sur le fait que pour améliorer les performances des cellules des batteries lithium-ion, il est important non seulement de développer des matériaux, mais aussi de concevoir de manière optimale la structure des électrodes. Cependant, il est difficile d'examiner l'effet de l'expansion du volume des matériaux actifs de l'anode sur les phénomènes internes, et par conséquent peu d'études ont été menées pour comprendre l'effet des couches d'électrodes optimales. Dans cette étude, nous avons examiné l'effet du taux d'expansion des matériaux actifs sur la capacité de charge nette et la multiplicité de charge nette dans le cas du graphite et du silicium comme matériaux actifs de l'électrode négative. Les caractéristiques de charge ont été calculées à l'aide d'équations basées sur la théorie des électrodes poreuses et exprimant les changements de paramètres causés par l'expansion. En outre, la validité du modèle de simulation a été vérifiée par comparaison avec les variations d'épaisseur et les courbes de charge mesurées expérimentalement. En conséquence, la capacité de la batterie des cellules en graphite est plus élevée que celle des cellules en silicium dans des conditions de multiplicité élevée. Les propriétés structurelles dynamiques en tant que paramètre de conductivité ionique efficace dépendent de la structure poreuse, qui diminue près du diaphragme et augmente la résistance à la conduction ionique. Dans le cas du Si, l'utilisation du matériau actif Si est inférieure à celle du graphite car la réaction est fortement concentrée près du diaphragme.

Image 3 présente Pour confirmer la validité de ce modèle de simulation, nous avons examiné la relation entre la performance de charge et la variation de l'épaisseur de la couche d'électrode. Les résultats ont été comparés aux résultats de la simulation. Nous avons utilisé un système d'observation électrochimique (ECCS B310, Lasertec Corporation, Japon) pour observer la section transversale des LiB dans des conditions de charge. La figure 4 montre des exemples de résultats mesurés, expérimentaux et calculés pour la performance de charge et la variation de l'épaisseur. Les couches d'électrodes LCO et graphite ont été utilisées respectivement comme cathode et anode. Dans cette comparaison, les simulations ont été effectuées pour une épaisseur de 40 µm. Cela diffère de la figure 3. Dans la figure 4 (a), la variation de l'épaisseur de la cellule pour chaque SOC est mesurée en quatre points. Dans ces graphiques, les résultats calculés et expérimentaux pour les courbes de charge et les variations d'épaisseur sont presque identiques. La validité de la simulation peut donc être confirmée.

source (d'information, etc.)

Auteurs : Gen Inouea , Kazuki Ikeshitab , Minami Iwabub , Yukari Sagaeb et Motoaki Kawase

Institution : Département de génie chimique, Université de Kyushu, 744 Motooka, Nishi-ku, Fukuoka, 819-0395, Japon ; Département de génie chimique, Université de Kyoto, Kyotodaigaku Katsura, Kyoto, 615-8510, Japon Département de génie chimique, Université de Kyoto, Kyotodaigaku Katsura, Kyoto, 615-8510, Japon

Journal : The Electrochemical Society

Site web de la source de l'article :Simulation d'une batterie au lithium-ion avec effet de dilatation du volume des matériaux actifs