吕桃林，罗 英，晏莉琴，解晶莹

( 1.哈尔滨工业大学化工学院，黑龙江 哈尔滨 150001； 2.上海动力储能电池系统工程技术有限公司，上海 200245； 3.上海空间电源研究所，上海 200245 )

·理论研究·

LiNi0.5Mn1.5O4电极的变固相扩散系数模拟

吕桃林1，2，3，罗 英1，2，3，晏莉琴2，3，解晶莹1，2，3

( 1.哈尔滨工业大学化工学院，黑龙江 哈尔滨 150001； 2.上海动力储能电池系统工程技术有限公司，上海 200245； 3.上海空间电源研究所，上海 200245 )

通过实验和参数辨识，确定了针对LiNi0.5Mn1.5O4体系电池所需要的模型参数，建立了适用于该体系的变固相扩散系数模型。该模型能很好地对LiNi0.5Mn1.5O4的放电过程进行模拟。通过对电池内部的过电位进行分析，对电池性能的限制因素进行了说明。

LiNi0.5Mn1.5O4； 变固相扩散系数(VSSD)模型； 过电位； 锂离子电池

LiNi0.5Mn1.5O4由于具有高比容量及较高的电压平台(4.7 V)，引起了人们的极大兴趣[1]。通过合适的数值模型，可深入理解电池内部物理化学过程及限制因素，为电池的优化设计提供参考。目前应用较广泛的模型是J.S.Dunning等[2]建立的P2D模型，以多孔电极理论和浓溶液理论为基础，对锂离子电池内部的物理化学过程进行描述[3]。该模型将固相传输过程视为单相扩散过程，未对材料在工作过程中可能发生的相变过程进行分析。LiNi0.5Mn1.5O4在充放电过程中有两个电位平台，分别对应Ni的两次价态变化。研究表明：镍锰酸锂材料在Li+嵌脱过程中经历了相转变过程。需要对现有模型进行修正，以建立适用于该体系的数值模型。涉及相变的传统材料有磷酸铁锂、钴酸锂等，针对这些材料的相变过程，研究者提出了收缩核模型、相场模型和固溶体模型[4]和变固相扩散系数(VSSD)模型等[5]。……