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摘要
锂离子电池电极材料中锂离子扩散与结构应力的耦合作用是影响电池性能和安全的重要因素,为了模拟该过程中的浓度扩散和应力演化,提出了一种基于多尺度内聚力有限元方法的扩散-应力耦合模型,通过将化学能与应变能相结合,分别建立浓度场及应力场控制方程并推导了其有限元格式。以负极材料薄膜硅为例建立了二维的数值算例模型,计算了无晶界和含晶界情况下,不考虑材料损伤的电极材料中由于锂离子嵌入所引起的浓度及应力变化。多尺度有限元模型从原子尺度出发计算结构应力,丰富了材料的本构关系和物理性质,内聚力单元在描述界面处的物理特性如浓度、应力时具有很高的灵活性和有效性,该模型的提出为更准确地理解锂离子电池电极中的锂离子扩散-应力耦合过程提供了理论方法。
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