Electrochemical-mechanical coupled model for macro-scale stress prediction of nickel-rich NCM cathodes in Li-ion batteries

机械失效问题导致了高镍三元材料严重的容量衰减问题。对其进行电化学-力学耦合建模成为了深入理解机械失效机理的有效方案，但目前仍缺乏对于电极宏观应力的模拟和验证相关研究。本研究描述了NCM材料的多尺度嵌锂应变过程，并建立了一个三维异构电化学-力学耦合模型，成功预测了NCM811电极中的宏观应力演变，并为各向同性简化各向异性单晶颗粒提供了充分的物理依据和实验验证。模拟得到了不同尺寸颗粒的倍率性能表现，探究了电极失效部位和优化方法。研究体现了宏观应力信号对理解电极电化学状态的重要性，并为基于应力信号探究电池电化学行为提供了模拟工具。

2026年2月