［本站讯］近日，山东大学机械工程学院副教授王亚楠团队在如何获取商用锂离子电池单体内部扩散应力分布与演变的研究中取得新进展，相关成果以＂An Electrochemical-Mechanical Coupled Multi-Scale Modeling Method and Full-Field Stress Distribution of Lithium-ion Battery＂为题发表于能源领域国际期刊Applied Energy (中科院一区，TOP期刊，影响因子11.2)。王亚楠副教授为论文通讯作者，山东大学为该论文第一完成单位。

图1 电池单元与电池单体结构

锂离子电池的飞速发展使市场对电池使用寿命的关注愈发强烈。大量研究表明，由循环充放电过程导致的交变扩散诱导应力会显著缩短电池的使用寿命。近年来，科学家们试图通过实验和模拟揭示锂离子电池在充放电过程中内部扩散应力的分布和演变，从而为其设计和使用提出指导意见。然而，现有的数值模拟框架仍局限于颗粒、电极和电池单元，而不是完整的电池单体。因此，迫切需要开发一种能够获得商用锂离子电池单体工作时的全场扩散应力分布的方法，以揭示应力对其寿命的影响，进一步提高设计和优化效率。

为此，王亚楠团队提出了一种电化学-力学耦合多尺度精细化建模方法，能够获取多层电池单体在工作过程中的全场扩散应力分布，解决了从电极极片到电池单体的跨尺度建模和仿真的技术难题。以软包锂离子电池为例，得到并分析了电池单体在充电过程中的电化学特性和力学特性，包括锂浓度分布、电势分布、电流分布，以及全场应力分布、全场应变分布及全场位移分布。以上工作填补了商用多层电池单体内部由于锂扩散引起的全场应力分布的知识空白，为今后锂离子电池和固态电池力学性能的研究提供了新的方法和技术手段。

图2充电末期电池单体和电池单元内部的等效应力分布

图3充电末期电池单体和电池单元内部的应变分布

近年来，王亚楠副教授团队面向新能源汽车与储能应用，在电池性能分析与仿真、电池成组与热管理、电动汽车快速充电技术方面开展了一系列研究工作。以上研究内容得到了国家重点研发计划、山东省重点研发计划、山东省自然科学基金、广东省基础与应用基础研究基金等的支持。

文章链接：https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2023.121444