左安昊，方儒卿，李 哲

（汽车安全与节能国家重点实验室，北京100084）

电极结构设计是指通过调整电极层参数(如厚度、孔隙率、粒径分布、迂曲度等)以达到电池的性能要求(如功率、能量、比能量、比功率等)[1]。目前，国内外多家动力电池企业的电极结构设计主要采用以大量制样、实验选优为特征的试错方法，此类方法的设计效率偏低、物料与能量消耗大、设计结果难以实现全局最优，因此需建立以模型化仿真技术为基础的正向设计方法，从而大规模降低电池产品研发的资源消耗，缩短产品研发周期，并探求特定性能要求下的最优设计。用于电池正向设计的电池物理模型是一种典型的“构效关系”模型，其描述了电极结构与电池性能的数量关系。此类模型多具有偏微分形式、多场耦合、复杂边界等特征，往往难以解析求解，多采用有限体积法等数值计算技术在时空两维进行离散求解。部分文献对基于模型的电池设计展开了研究。Zhao 等[2]基于Newman 准二维均相模型[3]研究了电极层厚度对电池热特性(温度、产热率)与电化学特性(电压、锂离子浓度、过电势)的影响；王子珩[4]建立了团聚体颗粒堆叠半电池模型；Fang等[1]建立了与Newman模型不同的非均相全电池电极模型，并实现了非均相模型在多孔电极微观结构设计上的系列应用；Sastry 等[5]将二维颗粒堆叠模型扩展到三维，分析了颗粒有序排列、随机排列两种排列方式对电池容量的影响；另外还有学者[6-8]借助聚焦离子束与扫描电镜，通过电极层截面图像重构电极层真实几何结构，并对该结构进行了性能仿真。……