鋰電池

電化學仿真技術在鋰電池研究中的應用
隨著各國燃油車禁售時間表的推出，新能源汽車的地位愈發穩固。而鋰離子電池作為電動車的核心動力源，也越來越受到市場的追捧。鋰離子電池在制作過程中涉及正極、電解液、負極、隔膜等材料的選取與匹配，極片設計參數的選擇等問題；電池工作過程中涉及化學反應、傳質、導電、產熱等過程。由此可見，鋰離子電池是一個非常復雜的體系。

借助實驗手段來探索鋰離子電池是一種行之有效的手段，尤其隨著表征手段的不斷進步，我們能夠得到越來越多關于設計參數、工作狀況等對電池性能影響的信息。不可否認的是，在鋰離子電池開發過程中，設計參數太多，實驗任務繁重；各參數對電池性能的影響不明確，實驗設計帶有一定的盲目性，有時候甚至會出現費時費力費資金卻吃力不討好的現象。改善這一狀況的契機是將電池仿真技術應用到電池中來。

鋰離子電池仿真技術可以采用等效電路模型、半經驗模型、電化學模型等。基于電化學模型的仿真技術能夠很好的解決上文提到的問題。作為實驗的一種補充，電化學仿真能夠在實驗之前對各種方案進行模擬，去蕪存菁；也能模擬電池在不同工況下的充放電過程，有助于研究者弄清電池內部過程；同時，實驗結果也能夠指出仿真的不足，推動仿真模型的不斷發展。可以說，仿真讓實驗如虎添翼，實驗讓仿真錦上添花。

簡單說一下電化學模型。電化學模型主要是由傳質、導電和電化學反應三個過程構成，其控制方程如下表所示。從復雜程度上來分，電化學模型有單粒子模型、準二維模型、二維模型、三維模型。常用的是準二維模型，以此模型為基礎，能夠實現包括電池設計、充放電性能、電池內阻（極化）分析等多種目的。在預測電池壽命時，為了減小計算量，常常使用單粒子模型。