×
杨福谦;李勇;张凯

扩散诱导应力的乘法有限应变变形：增量方法。 （英语） Zbl 07700677号

国际工程科学杂志。 187，文章ID 103841，第15页（2023）.
总结：了解电化学循环过程中电极材料中锂浓度和应力的演变，对于研究导致锂化电极材料结构退化的基本机制至关重要。在这项工作中，我们使用主体材料的体积变化率来分析扩散诱导的体积膨胀，并得出体积膨胀是溶质原子浓度和线性膨胀系数的指数函数，而不是广泛使用的扩散诱导体积膨胀和线性膨胀系数。利用弹性变形和热力学自由能框架下的乘法分解原理，导出了弹性材料扩散诱导有限变形的本构关系。对称Piola-Kirchhoff应力是线性膨胀系数和溶质原子浓度的指数函数。将应变场的变化与亥姆霍兹自由能中溶质原子数的变化结合起来，我们导出了主体材料中溶质分子的化学势，该化学势与J.李等[Z.Phys.Chem.49，271-290（1966；doi:10.1524/zpch.1966.49.3_5.271)]. 球形硅电极锂化的数值结果表明，在小无量纲时间（稀溶液）下，锂浓度和应力的空间分布与根据线性弹性理论和非线性特性计算的大无量纲时间（集中解）的相应趋势相似。

引用于2文件

理学硕士：

74A10号 强调
78A55型 光学和电磁理论的技术应用

关键词：

有限变形;乘法有限应变变形;扩散，扩散;锂离子电池
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用
\textit{F.Yang}等人，国际工程科学杂志。187，文章ID 103841，15 p.（2023；Zbl 07700677）
全文： 内政部

参考文献：

[1] J.N.亚当斯。；Nelson，G.J.，锂离子电池合金阳极的循环诱导微观结构变化，《电化学能量转换与存储杂志》，18，第040907页，（2021）
[2] Anand，L.，《与大弹塑性变形耦合的物种扩散的Cahn-Hilliard型理论》，固体力学与物理杂志，601983-2002（2012）·兹比尔1270.74060
[3] Bai，Y。；Zhao，Y。；刘伟。；Xu，B.-X.，锂离子电池的两级建模，《电源杂志》，42292-103（2019）
[4] 鲍尔，A.F。；Guduru，P.，《锂离子插入电极材料中扩散、有限变形、塑性和断裂的简单有限元模型》，材料科学与工程中的建模与模拟，20，第045004页，（2012）
[5] 鲍尔，A.F。；Guduru，P.R。；Sethuraman，V.A.，《锂离子半电池中应力、扩散、塑性流动和电化学反应的有限应变模型》，《固体力学和物理杂志》，59，804-828（2011）·Zbl 1270.74081号
[6] Brassart，L。；Zhao，K。；Suo，Z.，锂离子电池高容量电极的循环塑性和安定性，国际固体与结构杂志，50，1120-1129（2013）
[7] 查克拉博蒂，J。；求你了，C.P。；Goriely，A。；Chapman，S.J.，《锂离子电池中圆柱形电极颗粒变形和失效的机械和化学效应结合》，《国际固体与结构杂志》，54，66-81（2015）
[8] 陈，H。；Huang，H.Y.S.，锂离子电池中连续固溶体系统非平衡过程的建模与模拟，国际固体与结构杂志，212，124-142（2021）
[9] 崔，Z。；高，F。；Qu，J.，二元固体中的界面反应控制扩散及其在锂离子电池中硅锂化中的应用，固体力学和物理杂志，61，293-310（2013）
[10] 崔振伟。；高，F。；Qu，J.M.，有限变形应力相关化学势及其在锂离子电池中的应用，《固体力学与物理杂志》，60128-1295（2012）
[11] Dal，H。；Miehe，C.，有限应变下锂离子电池电极的计算电化学力学，计算力学，55，303-325（2015）·Zbl 1398.74101号
[12] 多拉·J·。；Sengupta，A。；Ghosh，S。；Yedla，N。；Chakraborty，J.，硅锂离子电池阳极颗粒中浓度相关成分膨胀的应力演变，固体电化学杂志，23，2331-2342（2019）
[13] 高，X。；何，P。；任，J。；Xu，J.，高能锂离子电池复合颗粒间接触应力建模，储能材料，18，23-33（2019）
[14] 高Y.F。；Zhou，M.，电极材料断裂的耦合机械扩散驱动力，《电源杂志》，230，176-193（2013）
[15] 郭，M。；张，X。；Meng，W。；刘，X。；王，G。；Bai，Z。；王，Z。；Yang，F.，空心Sn微球的电化学性能和形态演变，固态离子学，325120-127（2018）
[16] Gurtin，M.E。；油炸，E。；Anand，L.，《连续统的力学和热力学》（2010），剑桥大学出版社
[17] Hao，F。；方，D。；Chen，X.，《应变与锂扩散的耦合：基于第一原理计算的理论模型》，《电化学学会杂志》，162，A2266-A2270（2015）
[18] 黄，S。；Zhu，T.，非晶硅中锂插入的原子机制，《电源杂志》，196，3664-3668（2011）
[19] Irgens，F.，《连续介质力学》（2008），柏林施普林格出版社：柏林施普林格出版社，纽约州纽约市海德堡
[20] 李，J。；奥里亚尼·R。；Darken，L.，《应力固体的热力学》，Zeitschrift für Physikalische Chemie，49，271-290（1966）
[21] 李毅。；毛，W。；张凯。；Yang，F.，《锂离子电池大变形电极的分析：缺陷演变和固体反应的影响》，国际固体与结构杂志，170，1-10（2019）
[22] 李毅。；张凯。；Zheng，B。；Yang，F.，锂离子电池中局部变形对扩散和应力耦合的影响，国际固体与结构杂志，87，81-89（2016）
[23] 李毅。；张凯。；郑，B。；Yang，F.，局部速度对锂离子电池大变形电极中扩散诱导应力的影响，《电源杂志》，319168-177（2016）
[24] 李毅。；张，Q。；张凯。；Yang，F.，自限锂化、反应前沿演化和自由体积演化对非晶态线电极化学应力的耦合效应，《电源杂志》，457，第228016页，（2020）
[25] 刘，Y。；郭，K。；王，C。；Han，J。；Gao，H.，浓度依赖性特性和塑性变形促进了锂离子电池中固体电解质界面的不稳定性，国际固体与结构杂志，198，99-109（2020）
[26] Lubliner，J.，《广义塑性力学中的最大耗散原理》，机械学报，52，225-237（1984）·Zbl 0572.73043号
[27] 卢坎托尼奥，A。；Nardinocchi，P。；Teresi，L.，聚合物凝胶中膨胀诱导大变形的瞬态分析，固体力学和物理杂志，61205-218（2013）
[28] Mallarapu，A。；Kim，J。；卡尼，K。；杜波依斯，P。；Santhanagopalan，S.，《锂离子电池极端变形建模》，《电子运输》，第4期，第100065页，（2020年）
[29] Nelson，G。；Adams，J.N.，锂离子电池合金阳极的循环诱导微观结构变化，《电化学能量转换与存储杂志》，18，文章040907页（2021）
[30] Pal，S。；Damle，S。；帕特尔，S。；M.杜塔。；Kumta，P.N。；Maiti，S.，锂离子电池硅阳极容量衰减的微观机制，Ecs Transactions，41，87（2012）
[31] Peigney，M.，《扩散诱导塑性的循环稳态及其在锂离子电池中的应用》，固体力学和物理杂志，111，530-556（2018）·Zbl 1441.74040号
[32] Ryu，J。；Chen，T。；博克·T。；Song，G。；马，J。；黄，C。；罗，L。；香港宋。；Cho，J。；Wang，C.，碳涂层硅片中用于抗应力电池阳极的机械失配驱动波纹，自然通信，9，1-8（2018）
[33] Sengupta，A。；Chakraborty，J.，《几何形状和充电速率敏感地调节锂离子电池圆柱形硅阳极颗粒内表面应力诱导的应力松弛》，机械学报，231，999-1019（2020）
[34] Simo，J.C.，基于最大塑性耗散和乘法分解的有限应变弹塑性框架：第一部分：连续统公式，应用力学和工程中的计算机方法，66，199-219（1988）·Zbl 0611.73057号
[35] Tancogne-Dejean，T。；Gorji，M.B。；朱，J。；Mohr，D.，锂离子电池电池大变形的递归神经网络建模，国际塑性杂志，146，第103072页，（2021）
[36] 沃纳，M。；潘多尔菲，A。；Weinberg，K.，锂离子电池电极充放电的多场模型，连续力学和热力学，33，661-685（2021）
[37] 薛，Y。；李毅。；张凯。；Yang，F.，解偏微分方程的物理启发神经网络——在扩散诱导应力中的应用，物理化学化学物理，247937-7949（2022）
[38] Yang，F.，扩散与化学应力之间的相互作用，材料科学与工程：A，409，153-159（2005）
[39] Yang，F.，循环诱导的电极材料的结构损伤/降解微观观点，纳米技术，33，文章065405 pp.（2021）
[40] 张凯。；李毅。；吴杰。；郑，B。；Yang，F.，《锂离子电池中线材电极的锂化诱发屈曲：与大变形耦合的相场模型》，《国际固体与结构杂志》，144-145，289-300（2018）
[41] 张凯。；李毅。；郑，B。；Wu，G。；吴杰。；Yang，F.，锂离子电池中纳米线扩散诱导屈曲的大变形分析，国际固体与结构杂志，108，230-243（2017）
[42] 张，T。；Kamlah，M.，《钠离子电池颗粒：耦合cahn-hilliard方程和有限变形弹性的相场建模》，《电化学学会杂志》，165，A1997（2018）
[43] Zhao，K。；法尔，M。；蔡，S。；弗拉萨克，J.J。；Suo，Z.，充电和放电引起的大容量锂离子电池的大塑性变形，美国陶瓷学会杂志，94，s226-s235（2011）
[44] 左，P。；赵永平，锂离子电池中锂扩散、有限变形、应力演化和裂纹扩展的相场建模，《极限力学快报》，9，467-479（2016）
此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。其项与zbMATH标识符进行启发式匹配，可能包含数据转换错误。在某些情况下，zbMATH Open的数据对这些数据进行了补充/增强。这试图尽可能准确地反映原始论文中列出的参考文献，而不要求完整或完全匹配。