- 适用于电极材料的电化学扩散诱发应力松弛机制研究
- 锂离子电池具有容量大、比能量大、无记忆效应、循环寿命长等优点，已被广泛应用到便携式电子产品、电动交通工具、大型动力电源等领域。然而锂离子电池的制造技术仍面临着一些的难题，主要是老化问题。随着使用时间增长，锂离子反复嵌入和...
- 齐红蕊
- 关键词：锂离子电池电极材料应力松弛
- 适用于电极材料的电化学扩散诱发应力松弛机制研究
- 2016年
- 在近年建立的描述电极材料力-电-扩散耦合问题的连续介质理论框架下,提出一个简捷的有限变形本构理论,可直接描述发生在电极材料上的质量传输、变形和应力演化的强耦合过程,忽略了相变及塑性变形的影响;采用Bulter-Volmer动力学模型描述电解质/电极界面处电化学反应,可研究力、扩散对电化学性能的影响规律;同时构造了收敛、有效的有限元数值积分方案,并将其补充到商用有限元软件ABAQUS中,搭建了相应的计算模块.以具有橄榄石结构的LiFePO4电极材料为例,利用提出的理论和计算工具重点研究了锂离子在嵌入和脱嵌循环锂化过程中应力松弛机制、锂离子浓度的演化规律,以及力-电-扩散耦合机制对表征电池性能的充电状态变量SOC值的影响规律,并通过对平板和圆柱形两类常用电极的对比研究,揭示电极形状对电池性能的影响.此外,对于恒电流的情况,预测了电极界面处电化学量如交换电流密度、过电势及外电路电压随时间的变化规律,为进一步开展结合电化学实验来研究该类问题做铺垫.
- 齐红蕊冯露王世斌李林安辛玉池任永跃沈珉王志勇
- 关键词：应力松弛
- 力和扩散机理下外延形貌的演化分析
- 2015年
- 本文提出了一个新的基于扩散界面的相场模型来描述外延生长中岛的形核、生长及熟化过程.该模型同时考虑了弹性场、表面能、沉积、扩散、解吸和能量势垒等热力学及动力学过程对表面纳米形貌的影响.采用经典的BCF模型来描述生长中的扩散形核过程,而采用一个新的包含弹性应变能的自由能函数,通过变分得到一个描述多层岛生长的相场方程,该方法可以有效地描述外延生长中复杂的外延形貌.采用有限差分格式对非线性耦合方程组进行求解.数值结果显示,该模型可以真实地再现外延生长中多层岛结构(即山丘状形貌)的演化过程,模拟结果与已有实验结果一致.同时模拟了生长过程中随外延形貌演化而形成的复杂生长应力,研究表明,在生长过程中,岛中存在着复杂的应力分布,且在岛边界处应力达到局部最大,这与实验结果定性一致.此外,本文的重要发现是,外延生长中的应力演化明显地影响原子的扩散过程,当应力存在时,外延结构变化较无弹性场时变快.该项研究对理解外延生长中各物理机理的协同作用有重要的指导意义.
- 陈振飞冯露赵洋齐红蕊
- 关键词：相场模型应力
