Physics-Driven Modeling of Sodium-Ion Batteries Incorporating Synergistic Adsorption-Insertion Dynamics

随着钠离子电池商业化进程加速，构建精确的物理模型成为优化钠电设计、辅助商业开发的关键。传统钠离子建模工作大多精简了复杂的物理过程，因忽略硬碳的吸附-解吸机制而无法准确刻画钠电内部的反应过程。本文提出了一种基于全物理意义的钠离子电池储钠模型，首次集成了吸附-解吸（Langmuir动力学）与嵌入-脱出（修正Butler-Volmer方程）双机制，能够更全面、精确地描述硬碳电极的储钠行为。验证表明，模型的放电容量误差小于3%，显著优于单一机制模型（误差达12%）。基于该模型，硬碳电极设计中的常见的关键结构参数可以被分析。此外，通过解耦解吸与脱出，吸附解吸行为具有更加快速的电荷迁移特性，在高倍率或大粒径下将逐渐主导电极反应。这项工作不仅建立全物理意义的钠离子电池模型，还为电池性能预测和优化过程中的参数调整提供了可靠的模拟工具。

2025年6月