一种基于仿真模拟锂离子电池寿命预测方法与流程

本发明涉及锂电池，更具体的说，本发明涉及一种基于仿真模拟锂离子电池寿命预测方法。

背景技术：

1、研发人员在进行锂离子电池的开发时，往往是采用正向试错试开发的方式，通常需要考虑材料、配方、极片面密度、极片压实、极片尺寸、装配方式、注液量等重要设计参数，需要耗费大量的时间进行反复实验，以满足容量、电压、循环性能等基本的设计要求，这直接导致锂电池产品开发成本过高、开发周期过长。因此，很有必要开发能够降低锂电池研发成本、缩短研发周期并具有较高精度的方法。

2、利用锂离子电池仿真技术可以模拟电池内部发生的化学、物理过程，在理论阶段找出优化的设计方案，从而减少电池开发的时间。一般来说进行循环寿命实测所需时间之久，完成1000圈的循环寿命大约需要100天的时间，这大大拉长了了工程师电芯开发的周期，且在不考虑电芯是否设计合理的情况下进行正向试错，这不仅浪费了成本而且浪费了宝贵时间，且无法忽略热力学及动力学层面对电芯寿命的影响。

3、因此，本申请提出一种基于仿真模拟锂离子电池寿命预测方法，来解决上述问题。

技术实现思路

1、基于此，为了解决背景技术中存在静置时间过久会导致颗粒的沉积和团聚以及极片表面的涂覆不均匀的问题，本发明提出了一种基于仿真模拟锂离子电池寿命预测方法。

2、本发明的目的与功效，由以下具体技术手段所达成：一种基于仿真模拟锂离子电池寿命预测方法，包括以下步骤：

3、s1:构建锂电池模型进行锂电池的构型选择，并为锂电池构型设计参数导入作铺垫；

4、s2：收集锂电池设计参数，本处以方形铝壳构型作为参考；

5、s3：收集电芯材料配方，包括正负极活性物质、导电剂以及粘结剂，根据模型算法导入隔膜、电解液、集流体及正负极极片数据参数

6、s4：热力学/动力学数据导入校准，根据所选电芯材料配方得到正负极平衡电位曲线、全电池soc-ocv以及充放电曲线数据，导入仿真软件并参数标定；

7、s5：寿命预测循环工况设置，分别设置初始边界条件、截止边界条件、工况过程条件以及散热边界条件；

8、s6：老化机理标定，对影响锂电池老化因素在寿命预测模型进行标定，确认导入的所有参数数据于仿真软件提交计算任务，进行模拟预测，等待预测结果输出。

9、进一步优选的，整合所需寿命预测电芯的热力学容量/电芯总质量/电芯宽度/高度/厚度等，并选择电芯顶盖类型包括方形极柱式顶盖或者圆形极柱式顶盖，分别导入极柱的长度/宽度/厚度及极柱间距，至此电芯寿命预测模拟构型选择完成。

10、进一步优选的，所述步骤s3中，正负极活性物质需导入材料最大锂离子浓度、真密度、d50一次颗粒直径及正极活性物质所占材料总质量的loading，负极材料同理。

11、进一步优选的，所述步骤s3中，输入隔膜孔隙率、隔膜厚度、隔膜透气度以及面密度。

12、进一步优选的，所述步骤s3中，输入电解液初始锂离子浓度以及密度。

13、进一步优选的，所述步骤s3中，输入正极铝箔厚度以及密度，负极铜箔厚度以及密度。

14、进一步优选的，所述步骤s3中，测试正负极连接件电阻/r、正极极片高度、根据极片设计参数衡算正极极片孔隙率以及电芯设计参数正极极片单面涂层厚度，根据模型算法导入相应数据参数，至此，材料体系配方设置完成。

15、进一步优选的，所述步骤s4中，利用手套箱制作扣电，并放入通道测试，设置工况0.05c充放电跑1-2圈，测得正负极材料扣电数据，得到平衡电位曲线。

16、进一步优选的，所述步骤s4中，利用制作的全电池放入测试通道，设置25℃条件下，以0.5c调整相应的soc状态，静置1200min，记录静置120min后的电压，得到静态soc-ocv数据测试。

17、进一步优选的，所述步骤s4中，利用制作的全电池，放入测试通道，进行1-2圈的充放电测试，得到全电池的充放电曲线数据，并通过软件仿真模拟出全电池充放电曲线，进行模拟充放电曲线与实测充放电曲线拟合，进行参数标定。

18、进一步优选的，所述步骤s4中，充放电曲线拟合标定结果，输入正负极固相锂离子扩散系数/正负极材料电子电导率/导电剂电子电导率，输入电解液离子电导率/离子扩散系数/锂离子迁移数，输入电化学反应正负极反应速率常数。

19、进一步优选的，所述步骤s5中，设置初始边界条件，寿命预测模拟的环境温度以及初始时刻的开路电压。

20、进一步优选的，所述步骤s5中，设置截止边界条件，寿命预测模拟的上下限截止电压以及截止的工作温度。

21、进一步优选的，所述步骤s5中，测得锂电池各个面的散热温度系数，设置寿命预测模拟散热条件，单位w/(m2k)。

22、进一步优选的，所述步骤s6中，对sei膜生长副反应进行标定，设置sei溶剂反应速率常数。

23、进一步优选的，所述步骤s6中，对析锂副反应进行标定，设置析锂反应速率常数及可逆度。

24、进一步优选的，所述步骤s6中，对产气老化因素进行标定，设置产出气体消耗率。

25、进一步优选的，所述步骤s6中，对电解液溶剂消耗与干涸老化因素进行标定，设置电解液注液系数以及溶剂反应速率常数。

26、进一步优选的，所述步骤s6中，对活性材料剥落进行标定，设置正负极活性材料剥落速率。

27、本发明的有益效果：

28、1.本发明解决了因锂电池实际循环寿命测试所需时间长，极大程度拉长了电芯开发周期浪费了成本与时间等问题，并且通过导入实际测试通道测试的平衡电位曲线(正负极材料扣电)、充放电曲线及全电池soc-ocv曲线进行参数对标，可忽略热力学及动力学层面对电芯寿命的影响，极大程度降低了循环寿命预测仿真模拟误差。

29、2.通过实测数据与仿真模拟相结合的方式进行模拟循环，使用仿真模拟结合实测小倍率扣电、实测充放电数据、全电池soc-ocv数据、实测短期循环寿命及影响电芯老化的因素标定与模拟数据进行对标附带仿真加速因子加速寿命预测减少循环寿命测试消耗时间。

30、3.可输入材料颗粒粒径(d50)，根据输入值确定材料粒径分布提高仿真预测准确率。

31、4.可消除并忽略电芯在热力学及动力学层面的影响，极大程度贴合实际测试的循环寿命，仿真模拟得出结果误差较小，对于工程师而言具有显著的参考意义。

32、5.可根据工程师实际循环测试工况想法，导入测试循环工况和温度及测试循环圈数，对比实际通道测试在时间成本上得到优化；

33、6.可根据实测短期寿命数据对标，在仿真中导入对标后影响电芯老化参数值，在精度方面得到提高，降低仿真误差。

技术特征：

1.一种基于仿真模拟锂离子电池寿命预测方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于仿真模拟锂离子电池寿命预测方法，其特征在于：所述步骤s2中，整合所需寿命预测电芯的热力学容量/电芯总质量/电芯宽度/高度/厚度等，并选择电芯顶盖类型包括方形极柱式顶盖或者圆形极柱式顶盖，分别导入极柱的长度/宽度/厚度及极柱间距，至此电芯寿命预测模拟构型选择完成。

3.根据权利要求1所述的一种基于仿真模拟锂离子电池寿命预测方法，其特征在于：所述步骤s3中，正负极活性物质需导入材料最大锂离子浓度、真密度、d50一次颗粒直径及正极活性物质所占材料总质量的loading，负极材料同理。

4.根据权利要求1所述的一种基于仿真模拟锂离子电池寿命预测方法，其特征在于：所述步骤s3中，输入隔膜孔隙率、隔膜厚度、隔膜透气度以及面密度。

5.根据权利要求1所述的一种基于仿真模拟锂离子电池寿命预测方法，其特征在于：所述步骤s3中，输入电解液初始锂离子浓度以及密度。

6.根据权利要求1所述的一种基于仿真模拟锂离子电池寿命预测方法，其特征在于：所述步骤s3中，输入正极铝箔厚度以及密度，负极铜箔厚度以及密度。

7.根据权利要求1所述的一种基于仿真模拟锂离子电池寿命预测方法，其特征在于：所述步骤s3中，测试正负极连接件电阻/r、正极极片高度、根据极片设计参数衡算正极极片孔隙率以及电芯设计参数正极极片单面涂层厚度，根据模型算法导入相应数据参数。

8.根据权利要求1所述的一种基于仿真模拟锂离子电池寿命预测方法，其特征在于：所述步骤s4中，利用手套箱制作扣电，并放入通道测试，设置工况0.05c充放电跑1-2圈，测得正负极材料扣电数据，得到平衡电位曲线。

9.根据权利要求1所述的一种基于仿真模拟锂离子电池寿命预测方法，其特征在于：所述步骤s4中，利用制作的全电池放入测试通道，设置25℃条件下，以0.5c调整相应的soc状态，静置1200min，记录静置120min后的电压，得到静态soc-ocv数据测试。

10.根据权利要求1所述的一种基于仿真模拟锂离子电池寿命预测方法，其特征在于：所述步骤s4中，利用制作的全电池，放入测试通道，进行1-2圈的充放电测试，得到全电池的充放电曲线数据，并通过软件仿真模拟出全电池充放电曲线，进行模拟充放电曲线与实测充放电曲线拟合，进行参数标定。

11.根据权利要求1所述的一种基于仿真模拟锂离子电池寿命预测方法，其特征在于：所述步骤s4中，充放电曲线拟合标定结果，输入正负极固相锂离子扩散系数/正负极材料电子电导率/导电剂电子电导率，输入电解液离子电导率/离子扩散系数/锂离子迁移数，输入电化学反应正负极反应速率常数。

12.根据权利要求1所述的一种基于仿真模拟锂离子电池寿命预测方法，其特征在于：所述步骤s5中，设置初始边界条件，寿命预测模拟的环境温度以及初始时刻的开路电压。

13.根据权利要求1所述的一种基于仿真模拟锂离子电池寿命预测方法，其特征在于：所述步骤s5中，设置截止边界条件，寿命预测模拟的上下限截止电压以及截止的工作温度。

14.根据权利要求1所述的一种基于仿真模拟锂离子电池寿命预测方法，其特征在于：所述步骤s5中，测得锂电池各个面的散热温度系数，设置寿命预测模拟散热条件，单位w/（m2k）。

15.根据权利要求1所述的一种基于仿真模拟锂离子电池寿命预测方法，其特征在于：所述步骤s6中，对sei膜生长副反应进行标定，设置sei溶剂反应速率常数。

16.根据权利要求1所述的一种基于仿真模拟锂离子电池寿命预测方法，其特征在于：所述步骤s6中，对析锂副反应进行标定，设置析锂反应速率常数及可逆度。

17.根据权利要求1所述的一种基于仿真模拟锂离子电池寿命预测方法，其特征在于：所述步骤s6中，对产气老化因素进行标定，设置产出气体消耗率。

18.根据权利要求1所述的一种基于仿真模拟锂离子电池寿命预测方法，其特征在于：所述步骤s6中，对电解液溶剂消耗与干涸老化因素进行标定，设置电解液注液系数以及溶剂反应速率常数。

19.根据权利要求1所述的一种基于仿真模拟锂离子电池寿命预测方法，其特征在于：所述步骤s6中，对活性材料剥落进行标定， 设置正负极活性材料剥落速率。

技术总结本发明提供了一种基于仿真模拟锂离子电池寿命预测方法，包括以下步骤：S1:构建锂电池模型进行锂电池的构型选择，并为锂电池构型设计参数导入作铺垫；S2：收集锂电池设计参数，本处以方形铝壳构型作为参考；S3：收集电芯材料配方，包括正负极活性物质、导电剂以及粘结剂，根据模型算法导入隔膜、电解液、集流体及正负极极片数据参数；本发明解决了因锂电池实际循环寿命测试所需时间长，极大程度拉长了电芯开发周期浪费了成本与时间等问题，并且通过导入实际测试通道测试的平衡电位曲线、充放电曲线及全电池SOC‑OCV曲线进行参数对标，可忽略热力学及动力学层面对电芯寿命的影响，极大程度降低了循环寿命预测仿真模拟误差。技术研发人员：陈慧琳,温娟,余波,任吉龙,卓嘉鑫,钟宇豪受保护的技术使用者：江西赣锋锂电科技股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/9/29