锂枝晶三维热-电化学建模：揭示穿透隔膜失效与热失控热生成动力学机制

本文通过构建三维多物理场耦合模型，首次系统量化锂枝晶几何参数（半径/形貌/空间分布）对热失控（thermal runaway）动态的影响，揭示枝晶半径与峰值温度增长率呈33.8%正相关的临界规律，为高能量密度锂电池界面工程优化和热管理策略设计提供多尺度传热传质机制支撑。

　　

章节精选

模型构建

本研究基于COMSOL Multiphysics平台开发了三维多物理场耦合数值模型用于热失控模拟。在模型构建过程中，首先进行拓扑学分析，将锂离子电池内部短路（internal short circuit, ISC）的典型失效模式归类为四种基本类型。基于电化学系统结构特征，ISC机制被划分为：（1）正极-负极；（2）负极-正极集流体...

实验验证

本研究通过构建实验验证系统科学检验模型的正确性。鉴于实验对象存在爆炸风险，严格选择露天实验场作为实验环境。图3展示了本研究设计的特殊实验装置系统，测试平台主要包括锂电池样品、红外热像仪和烟雾吸收系统等核心设备。实验过程中...

不同半径锂枝晶引发的热失控

如图5所示，锂枝晶在随机成核生长过程中表现出径向尺寸的不均匀性。同时展示了不同维度下随机成核生长的锂枝晶形貌。图5a展示了随机成核过程中枝晶结构的形貌演化。图5b和图5c分别描绘了锂枝晶生长过程中对应的锂离子浓度和电势分布...

结论

本研究通过建立三维多物理场模型，揭示了锂枝晶生长与热失控参数之间的量化关系。本文考虑了锂枝晶半径、几何形状、成核间距和生长速率对锂电池热失控的影响，得出以下结论：

• 锂枝晶半径越大，达到的热失控温度越高，且...