报告题目：基于元胞自动机的三元正极材料烧结化学反应过程建模方法

报告地点：网站赌博 校本部民主楼210

报告时间：2025年3月12号

报告人：李天亦

报告内容：三元正极材料是决定锂离子电池性能的关键材料，由于其烧结过程具有封闭、连续、长时间的特点，无法实时监测烧结过程中材料的状态，导致产品质量低下。因此，针对三元正极材料在烧结过程中发生化学反应时产生的原料扩散、产物生成和形态变化，提出了一种基于元胞自动机的三元正极材料化学反应过程和形态变化的建模方法。具体来说，首先设定初始状态为代表LiOH与Ni₀.₈Co₀.₁Mn₀.₁(OH)₂的球形颗粒。烧结初期，锂源通过基于菲克定理构建的浓度梯度的元胞空间物质扩散规则逐渐渗入前驱体颗粒内部。扩散动力来源于锂离子浓度梯度与温度场作用。当锂源充分渗透后，发生氧化-还原耦合反应。基于化学反应热激活机制，构建物质反应规则，实现产物粒子的生成。随着锂源持续消耗，残余氢氧化锂因锂扩散发生形态变化引发氢氧化锂球体形态重构，通过固相烧结动力学中的表面能最小化规律，构建基于元胞自动机邻居状态的物质迁移规则，实现介观尺度物质形态变化，颗粒间出现基于Kuczynski机制的颈部生长现象。最后，利用恒定加热速率下，300°C~800°C的烧结实验状态数据验证了模型的可靠性，并分析了烧结过程中材料锂离子分布、反应率及颗粒形态。结果表明，该建模方法可准确模拟颗粒扩散、反应进程及形态演变，为优化三元正极材料制备工艺参数提供参考。