報告題目：基于元胞自動機的三元正極材料燒結(jié)化學(xué)反應(yīng)過程建模方法

報告地點：中南大學(xué)校本部民主樓210

報告時間：2025年3月12號

報告人：李天亦

報告內(nèi)容：三元正極材料是決定鋰離子電池性能的關(guān)鍵材料，由于其燒結(jié)過程具有封閉、連續(xù)、長時間的特點，無法實時監(jiān)測燒結(jié)過程中材料的狀態(tài)，導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量低下。因此，針對三元正極材料在燒結(jié)過程中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時產(chǎn)生的原料擴散、產(chǎn)物生成和形態(tài)變化，提出了一種基于元胞自動機的三元正極材料化學(xué)反應(yīng)過程和形態(tài)變化的建模方法。具體來說，首先設(shè)定初始狀態(tài)為代表LiOH與Ni?.?Co?.?Mn?.?(OH)?的球形顆粒。燒結(jié)初期，鋰源通過基于菲克定理構(gòu)建的濃度梯度的元胞空間物質(zhì)擴散規(guī)則逐漸滲入前驅(qū)體顆粒內(nèi)部。擴散動力來源于鋰離子濃度梯度與溫度場作用。當(dāng)鋰源充分滲透后，發(fā)生氧化-還原耦合反應(yīng)。基于化學(xué)反應(yīng)熱激活機制，構(gòu)建物質(zhì)反應(yīng)規(guī)則，實現(xiàn)產(chǎn)物粒子的生成。隨著鋰源持續(xù)消耗，殘余氫氧化鋰因鋰擴散發(fā)生形態(tài)變化引發(fā)氫氧化鋰球體形態(tài)重構(gòu)，通過固相燒結(jié)動力學(xué)中的表面能最小化規(guī)律，構(gòu)建基于元胞自動機鄰居狀態(tài)的物質(zhì)遷移規(guī)則，實現(xiàn)介觀尺度物質(zhì)形態(tài)變化，顆粒間出現(xiàn)基于Kuczynski機制的頸部生長現(xiàn)象。最后，利用恒定加熱速率下，300°C~800°C的燒結(jié)實驗狀態(tài)數(shù)據(jù)驗證了模型的可靠性，并分析了燒結(jié)過程中材料鋰離子分布、反應(yīng)率及顆粒形態(tài)。結(jié)果表明，該建模方法可準(zhǔn)確模擬顆粒擴散、反應(yīng)進程及形態(tài)演變，為優(yōu)化三元正極材料制備工藝參數(shù)提供參考。