锂 - 尼克尔 - 甲状腺 - 粘胶氧化物(NMC)嵌入了固体 - 电解质中的含有复合阴极,以与金属阳极的高能量密度相匹配。在充电/放电期间,阴极复合材料通常通过晶粒内的微裂缝,沿晶界的微裂缝进化以及在粒子 - 电解质界面处的分层来降解。实验证据表明,调节晶粒的形态及其晶体学取向是缓解体积扩张引起的应力和裂纹的有效方法,从而稳定了电极的电化学性能。但是,尚未对晶体方向,谷物形态和化学机械行为之间的相互作用进行整体研究。在这种情况下,开发了热力学一致的计算框架,以了解微结构调制对嵌入基于硫化物的固体电解质中的多晶NMC二级粒子的化学机械相互作用的作用。采用相位场断裂变量来考虑裂纹的启动和传播。采用了一组扩散的相位参数来定义晶粒,晶界,电解质和粒子 - 电解质界面之间的化学机械性能的过渡。此建模框架是在开源有限元包装驼鹿中实现的,以求解三个状态变量:浓度,位移和相位场损伤参数。这项研究的发现提供了设计固态电池的预测见解,这些电池可提供稳定的性能,并减少断裂的演变。进行了一项系统的参数研究,以探索长宽比,晶粒晶体方向的影响以及通过复合电极的化学机械分析的界面断裂能。
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