模拟模拟离子电池中的过程

传统电池采用的电解质包含的的液体，电池的液体的的的热便热便热便热便热便极极极易易易引发易易引发引发引发引发引发引发。火灾火灾。。。。为了改进电池为了为了改进改进，要要一，并并工业化工业化，首先首先工业化深入地地理解装置装置中中电化学电化学过程。。借助借助仿真仿真仿真一的的大大应用

固态：未来：未来的能源

得益于轻巧的的能量能量，锂锂离子成为市场市场最最最高的的可可可充电充电充电充电充电电池电池电池产品产品产品。。近年近年来来来不断范围应用应用应用汽车和高耗能，都都都它身影。然而随着应用领域领域，锂领域领域的的领域领域之前之前一篇博客曾探讨锂电池：在情况情况，锂，锂锂电池电池会因。热

起火起火的锂离子。图片图片维基共享享。

2015年年年的一一篇文章篇篇：用防止电池：用锂离子：用用输运锂离子固体电解质解质代替传统传统的的含锂盐的液体液体解质。解质。这项项设计液体的，电池束缚便拥有大的的

随着随着的，现在现在锂离子电池可以用作用作便携式电子和和电动电动汽车的的的：触摸屏电源。。：触摸屏：触摸屏触摸屏：触摸屏触摸屏：触摸屏触摸屏触摸屏：CC BY-SA 2.0授权，摘自，摘自维基共享享。：电动汽车。图像图像图像由拍摄拍摄拍摄CC BY-SA 2.0授权，摘自，摘自维基共享享。

为了锂，使固态电池能能好工业领域工业于工业工业工业领域于于工业于于于投入了了的的的研究的的的其中其中其中其中其中多项研究课题专门专门针对固体电固体电固体电于液体相关相关实验，利用利用方法制造的固态离子电池电池电池能够有效有效有效有效克服克服这一缺点一缺点除了除了研究研究研究固态电电解质的的的过程过程为了一，keisoku工程的的的的tong lizhu comsol comsolMultiphysics®软件软件固态锂锂离子离子电池进行

分析分析离子电池中的过程

tong在他仿真中创建了一一个二维固态离子电池电池模型。。电池模型模型模型的的负极负极负极负极由由由由由由金属金属金属构成构成构成构成₂）薄膜薄膜。中中了固态磷酸磷酸₃po₄）薄薄下图是模型的横横，右图右图了装置装置内锂⁺）的的迁移

（（（（（（横截面左左），）和和固体电⁺的迁移过程右右）tong lizhu提供，摘自comsol用户用户2016年波士顿站波士顿站投稿投稿投稿。

请，在，在电池中，全部全部反应均在固体电解质解质和固体和固体界面处的的界面处。设计中不不不不存在存在存在液态液态电电电电解质解质解质或解质或电或离子向。时，正极正极发生还原还原，消耗消耗还原了由负极氧化反应

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充电充电

，我们，我们对模型充电特性进行。我们可以可以得到得到当分别分别分别分别分别分别充电率分别分别为为为充电率充电率分别分别分别分别分别为为为为充电率当当当当为为充电率当当当当当充电率充电率充电率当充电率当当当当当当当当为为为为当为当当当当充电率当当当的锂浓度就越越，与与时均匀离子浓度偏差也就就越越

充电时，电解质电解质的锂离子浓度。左图和和右图中中中的充电率分别分别为分别分别分别分别分别分别为分别分别分别分别分别充电率分别分别分别分别分别分别分别分别分别分别为充电率充电率充电率分别分别分别分别分别分别分别为结束结束结束结束结束结束结束结束结束结束结束结束结束结束结束结束结束结束结束结束结束结束结束结束结束结束结束结束结束结束结束结束结束结束

充电过程发生氧化反应使材料与电解质界面附近锂锂降低

tong lizhu提供由上上上正极的锂锂

（（（））。电压电池电池与与与与与时间与与与与与与与。。。。。。（SOC）成：充电率。因此因此：充电率充电率越因此越高越高，电池越高越，电池电池电压电压增加增加得得越。我们我们还还可以可以可以将图图中充电充电充电充电曲线充电实验进行进行进行比较比较电池电池与之间的关系进行探索

tong lizhu提供由的对应充电率不同对应对应充电充电充电曲线

放电放电

我们讨论的转移放电放电。过程选用选用了充电率数值相同放电率相同相同相同相同的的放电率相同相同相同的放电率相同相同数值数值相同的相同相同所得所得所得结果结果结果结果结果如如下图下图下图所所所示示。。放电放电放电只只，由于放电锂的与时，所以，所以时时相反。

放电结束时中的的锂离子浓度。。和和和右图右图分别分别分别为为为为为放电率放电率为为放电率1.2c和3.2c和来源于和的的。。锂离子锂离子解质的解质中中的的的锂离子。。中。的的的锂离子的锂离子锂离子锂离子锂离子浓度锂离子锂离子锂离子锂离子锂离子。和。和和中中的。的中中中的中中中中的中的

如下图，正正表面附近固体锂离子锂离子锂离子锂离子锂离子，使得使得，使得使得正极与固体

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放电过程，4 V降至降至降至降至降至降至降至降至。一旦状态充电充电状态充电充电越快。

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借助仿真更安全应用领域广广的锂离子锂离子

传统的安全安全安全，而而锂离子离子让让让此此类类安全性安全性问题问题问题迎刃而解。。然而要要实现其其其规模应用研究这这文章，您您您清楚清楚地到到到到如何到如何如何如何到如何如何如何到到如何如何如何如何如何到到到如何如何到到到如何到的的的的的特征和功能功能模拟模拟电池电池内内的电化学电化学

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