北京
本文提出了一种基于物理连续介质模型的锂离子电池全电池仿真框架，重点研究硅纳米线负极与离子液体电解质的协同作用。硅负极因其理论能量密度（3579 mAh/g）远超传统石墨（372 mAh/g），成为下一代高能电池的关键材料，但其在锂化过程中体积膨胀高达280%导致机械应力破坏。研究通过结合化学机械耦合模型与高浓度电解质传输理论，构建了1D+1D多尺度模型，揭示了纳米结构硅负极的应力分布、锂扩散限制及孔隙率优化策略。
核心发现包括：1）即使在纳米尺度下，硅的体积膨胀仍显著影响电池容量，需预留足够孔隙空间；2）低扩散系数（如1×10^-18 m²/s）下，纳米线半径增大导致容量衰减，而高扩散系数（>1×10^-17 m²/s）时可容忍更大结构尺寸；3）初始孔隙率存在最优值（约0.65），过低孔隙率会因膨胀受限导致容量损失。该模型为设计高能密度硅基电池提供了理论指导，特别是在电解质选择、负极结构优化及循环稳定性预测方面具有重要应用价值。编译 陈讲运
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