CN110069890B - 锂离子电池正极材料导电性能仿真生成方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种锂离子电池正极材料导电性能仿真生成方法，其包括：S1、确定正极材料模型的参数；S2、计算正极材料模型中活性材料微粒和导电剂微粒的数目；S3、随机生成活性材料微粒和导电剂微粒的空间位置；S4、将微粒压缩至规定空间以构建正极材料模型；S5、利用有限元分析模拟计算给定电压下正极材料模型的电流密度分布；S6、利用模型串联规律计算平均电流密度并计算导电率；S7、重复上述过程并计算电导率平均值。本发明能够对于导电剂掺杂下锂离子电池正极材料的导电性能进行模拟仿真，为锂离子电池正极材料制备配方的优化提供了方法支撑。

Description

锂离子电池正极材料导电性能仿真生成方法

技术领域

本发明涉及锂离子电池性能仿真分析技术领域，特别涉及一种锂离子电池正极材料导电性能仿真生成方法。

背景技术

锂离子电池正极材料是锂离子电池的重要组成部分，正极材料的导电性能优劣直接影响了电池的续航能力以及输出功率。正极材料的主要组成成分为活性材料、导电剂和粘合剂。目前最广泛采用于电动汽车或高负载水平的大电池中是以LiFePO₄为主的活性材料，而且LiFePO₄在自然界是以磷铁锂矿形式存在的，其结构稳定、资源丰富、安全性能好。但是LiFePO₄等活性材料的特征导致了其具有很低的电子导电率和锂离子扩散率，因而在制备过程中需要加入适量的导电剂诸如炭黑以改善其导电性能。而不同的导电剂掺杂比例直接决定了正极材料导电性能的好坏。因此，需要构建合适的模型用以定量确定不同掺杂比例下正极材料的导电性能。

目前对于掺杂导电剂后正极材料导电性能的研究主要在理论和实验两个方面。理论研究模型十分稀少，大部分理论模型都包含着许多特定的限制条件并不适合指导材料的制备；实验方面主要通过掺杂不同质量分数的导电剂进行大量反复的实验，周期较长且成本高昂。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种锂离子电池正极材料导电性能仿真生成方法，其基于导电剂之间的通道效应原理，假设导电剂随机均匀分布于活性材料中间，通过随机生成空间位置的方法，利用模型的串联关系以及有限元分析相结合的方法仿真计算不同掺杂比例下的正极材料电导率。

具体地，本发明提供了一种锂离子电池正极材料导电性能仿真生成方法，其具体步骤如下所示：

S1：设置导电剂掺杂比例w_导、粘合剂掺杂比例w_粘、活性材料尺寸、导电剂尺寸以及材料孔隙率p参数，并给定仿真空间的大小；

S2：利用活性材料和导电剂的密度，并根据步骤S1所设置的导电剂掺杂比例、材料的孔隙率，计算在给定仿真空间下，活性材料微粒和导电剂微粒的个数；

S3：随机生成在N倍于给定仿真空间体积下的活性材料微粒和导电剂微粒位置分布；

S4：将随机分布的活性材料微粒和导电剂微粒所处的空间压缩至给定仿真空间大小，从而构建了电学仿真所需的正极材料仿真输入模型；

S5：将所构建的正极材料仿真输入模型导入电学分析模块中，并设置活性材料以及导电剂的导电率，仿真计算在给定电压下所构建的正极材料在通道效应下的电流密度分布；

S6：根据步骤S5中获得的正极材料的电流密度分布，获取S5中所施加的给定电压的平面的节点电流密度，计算给定电压平面的节点电流密度的平均值，并利用正极材料仿真输入模型的串联规律关系，得到正极材料的平均电流密度j_all，进而利用电导率计算表达式获得正极材料电导率σ：

其中，I为流经正极材料的电流，U为正极材料两端所加电压，L为正极材料的长度，S为正极材料的横截面积；以及

S7：重复上述仿真过程获取多次电导率σ，并选取平均值

作为该正极材料的导电率。

优选地，所述正极材料为掺杂导电剂的锂离子电池正极材料，正极材料的组成成分包括活性材料、导电剂和粘合剂。

优选地，步骤S1中所述参数以及仿真空间的大小具体包括：

S11、导电剂掺杂比例为所掺杂的导电剂质量占正极材料总质量的百分比；粘合剂掺杂比例为所掺杂的粘合剂质量占正极材料总质量的百分比，在本发明中，导电剂掺杂比例w_CB设置在5％-15％之间，粘合剂掺杂比例w_粘为10.43％；

S12、活性材料和导电剂微粒的几何形状均为球形，活性材料微粒直径d_AM设置在50nm到200nm之间，导电剂微粒直径d_CB设置为40nm，粘合剂不放入仿真模型的几何建模以及后续的导电率仿真计算中；

S13、孔隙率p为所有材料的体积和占整个仿真空间体积的百分比，所述孔隙率p设置为50％；

S14、仿真空间指在步骤S5中对正极材料模型进行电导率仿真计算所需的空间。在本发明中仿真空间的几何形状设置为正方体，正方体的边长d_space设置为活性材料直径的三倍。

优选地，步骤S2中所述活性材料微粒和导电剂微粒个数的计算方法为：

S21、利用S14中设置的仿真空间以及S13中设置的孔隙率计算出正极材料所占空间体积V_all，计算表达式如下：

V_all＝p·d_space ³＝27p·d_AM ³；

S22、结合活性材料的密度ρ_AM，导电剂的密度ρ_CB以及粘合剂的密度ρ_粘，利用S11中给出的导电剂掺杂比例w_CB和粘合剂掺杂比例w_粘，计算出活性材料所占的空间体积V_AM、导电剂所占的空间体积V_CB和粘合剂所占的空间体积V_粘之比。表达式如下：

利用S21中计算得到的正极材料所占空间体积V_all，即可得到活性材料所占空间体积V_AM、导电剂所占的空间体积V_CB和粘合剂所占的空间体积V_粘；

本发明中活性材料密度设置为3.58g·cm^-3，导电剂密度设置为1.94g·cm^-3，粘合剂密度设置为1.856g·cm^-3；

S23、利用S12中设置的活性材料微粒直径和导电剂微粒直径，计算单个活性材料微粒的体积和单个导电剂微粒的体积，并利用S22中活性材料所占空间体积和导电剂所占空间体积，用活性材料所占空间的总体积除以单个活性材料微粒的体积，取整后便得到活性材料微粒的个数N_AM；用导电剂所占空间的总体积除以单个导电剂微粒的体积，取整后便得到活性材料微粒的个数N_CB。

优选地，步骤S3中所述的随机生成位置分布的方法为：

S31、在所定义的仿真空间的基础上，沿某一方向拉伸N倍，构建一个新的空间；

S32、结合S23中得到的活性材料微粒和导电剂微粒个数，首先随机生成所有活性材料微粒的空间位置，再随机生成所有导电剂微粒的空间位置；

S33、随机生成空间位置的要求如下：活性材料微粒和导电剂微粒的空间位置均需要在空间内，不得有任意一部分超出空间；活性材料微粒和导电剂微粒两两之间不存在重叠的部分，且均匀分布在空间中；

S34、微粒空间位置的生成方法如下：首先随机生成三个0到1之间的随机数，分别乘以S31中所构建的空间上三条边的即长、宽、高，即可得到微粒的空间位置。并根据S33中所规定的要求，判断生成的微粒空间位置是否符合要求。如果条件不符合，则移除该空间位置点并重新随机生成随机数生成空间位置；如果条件符合，则再按照S34的步骤生成下一个微粒，直到S23中得到的活性材料微粒个数N_AM和导电剂微粒个数N_CB全部生成完毕。

优选地，步骤S4中所述的压缩过程的具体条件为：

S41、压缩过程是将仿真空间中扩大为N倍的方向缩小至N分之一，压缩完毕后活性材料微粒和导电剂微粒均匀随机分布在S1中规定的仿真空间中；

S42、在压缩过程中及压缩过程结束后，需要保证活性材料微粒和导电剂微粒间均不存在重叠的部分；

S43、压缩过程结束后只改变了微粒的空间位置，并没有改变微粒的几何形状以及几何尺寸；

S44、压缩完毕后所获得的模型即为正极材料仿真输入模型。

优选地，步骤S5中对于所构建的正极材料的导电率仿真计算步骤为：

S51、将步骤S4中正极材料输入模型导入ABAQUS/STANDARD的电学仿真中，并在几何形状呈正方体的仿真空间一组对应表面添加两个平板。正极材料输入模型和所添加的两个平板组成为正极材料模型；

S52、设置导电剂的电导率为3×10⁴S·m^-1，活性材料的电导率为1×10^-8S·m^-1；

S53、由于导电剂微粒之间存在通道效应，即存在电导，因此，可以通过单位面积下的电导表达式进行计算：

其中，σ_g为两个导电剂微粒之间单位表面积的电导，单位为S·m^-2；σ₀为材料的比例常数，单位为S·m^-2；T为温度，单位为K；k为玻尔兹曼常量，其值为1.38×10^-23，单位为J×K^-1；ΔH为通道效应下导电剂微粒间的激活能，单位为J；d为导电剂和导电剂之间形成通道的宽度，此发明中设置为8nm；w为导电剂微粒和导电剂微粒形成的通道的长度，单位为nm；

S54、结合通道效应计算导电剂微粒和导电剂微粒之间的电导值σ_g；

S55、在S51中所设置的两个平板之间添加单位电压，并使用ABAQUS/STANDARD进行电学仿真，输出所有节点的电流密度j_node。

优选地，步骤S6所述串联关系是指正极材料模型中S51所设置的两个平板和S4求得的正极材料仿真输入模型为串联关系。

优选地，步骤S6所述平均电流密度j_all、正极材料电导率σ的计算方法为：

S61、根据S55中输出的所有节点的电流密度j_node，选取S51中所设置的任一平板表面所有节点的电流密度j_i，利用以下表达式计算该平板表面流出的平均电流密度j_all：

其中，j_all为平板表面流出的平均电流密度，I_all为平板表面流出的总电流，S为平面表面面积，j_i为平板表面节点的电流密度，δs为单位节点所占的平板表面面积；

S62、根据S62所计算的平板表面流出的平均电流密度j_all，利用以下表达式求得仿真模型的电导率σ：

其中，ΔU是S55中设置的两表面间电压，L是S51中设置的两表面之间的间距。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

本发明提供了一种锂离子电池正极材料导电性能仿真生成方法，相比于理论的模型以及实验测定具有明显的优势，其基于普遍的理论原理以及已有的实验现象建立了一套仿真模型。与理论研究模型相比，本发明具有更普遍的指导作用，与实验现象更加贴合，同时本发明没有大部分理论模型中包含的许多特定的限制条件，更加适合指导材料的制备。与大量实验相比，本发明的成本低廉而且周期较短，不需要大量反复的实验尝试，为锂离子电池正极材料的优化提供了方法支撑。

附图说明

图1是根据本发明的锂离子电池正极材料导电性能仿真生成方法流程图；

图2是根据本发明的实施例中步骤3生成的微粒位置分布图；

图3是根据本发明的实施例中步骤3生成的微粒位置数据中所截取的一部分；

图4是根据本发明的实施例中步骤4压缩完毕后的微粒分布图；以及

图5是根据本发明的实施例中步骤5经过仿真计算得到的正极材料电流密度分布。

具体实施方式

以下将参考附图详细说明本发明的示例性实施例、特征和方面。尽管实施例中示出了实施例的各种参数取值和方面，但是除非特别指出，不必按完全相同的参数和方面来完成仿真流程。

本发明的锂离子电池正极材料导电性能仿真生成方法，如图1所示，其包括：

步骤1：设置导电剂掺杂比例w_导、粘合剂掺杂比例w_粘、活性材料尺寸、导电剂尺寸以及材料孔隙率p等参数，并给定仿真空间的大小。

优选地，参数以及仿真空间的大小为：

a、导电剂掺杂比例为所掺杂的导电剂质量占正极材料总质量的百分比；粘合剂掺杂比例为所掺杂的粘合剂质量占正极材料总质量的百分比，在本发明中，导电剂掺杂比例w_CB设置在5％-15％之间，粘合剂掺杂比例w_粘为10.43％；

b、活性材料和导电剂微粒的几何形状均为球形，活性材料微粒直径d_AM设置在50nm到200nm之间，导电剂微粒直径d_CB设置为40nm，粘合剂不放入仿真模型的几何建模以及后续的导电率仿真计算中；

c、孔隙率p为所有材料的体积和占整个仿真空间体积的百分比，本专利设置为50％；

d、仿真空间指在步骤5中对正极材料模型进行电导率仿真计算所需的空间。在本发明中仿真空间的几何形状设置为正方体，正方体的边长d_space设置为活性材料直径的三倍。

步骤2：利用活性材料和导电剂的密度，并根据步骤1所设置的导电剂掺杂比例、材料的孔隙率，计算在给定仿真空间以及内部材料尺寸条件下，活性材料微粒和导电剂微粒的个数。

优选地，活性材料微粒和导电剂微粒个数的计算方法为：

a、利用步骤1中设置的仿真空间以及设置的孔隙率计算出正极材料所占空间体积V_all，计算表达式如下

V_all＝p·d_space ³＝27p·d_AM ³

b、结合活性材料的密度ρ_AM，导电剂的密度ρ_CB以及粘合剂的密度ρ_粘，利用步骤1中设置的导电剂掺杂比例w_CB和粘合剂掺杂比例w_粘，计算出活性材料所占的空间体积V_AM、导电剂所占的空间体积V_CB和粘合剂所占的空间体积V_粘之比。

利用步骤2中计算得到的正极材料所占空间体积V_all，即可得到活性材料所占空间体积V_AM、导电剂所占的空间体积V_CB和粘合剂所占的空间体积V_粘。

本发明中活性材料密度设置为3.58g·cm^-3，导电剂密度设置为1.94g·cm^-3，粘合剂密度设置为1.856g·cm^-3。

c、利用步骤1中设置的活性材料微粒直径和导电剂微粒直径，计算单个活性材料微粒的体积和单个导电剂微粒的体积，并利用步骤2中活性材料所占空间体积和导电剂所占空间体积，用活性材料所占空间的总体积除以单个活性材料微粒的体积，取整后便得到活性材料微粒的个数N_AM；用导电剂所占空间的总体积除以单个导电剂微粒的体积，取整后便得到活性材料微粒的个数N_CB。

步骤3：随机生成在N倍于规定仿真空间体积下的活性材料微粒和导电剂微粒位置分布。

优选地，随机生成位置分布的方法为：

a、在所定义的仿真空间的基础上，沿某一方向拉伸N倍，构建一个新的空间；

b、结合步骤2中得到的活性材料微粒和导电剂微粒个数，首先随机生成所有活性材料微粒的空间位置，再随机生成所有导电剂微粒的空间位置。

c、随机生成空间位置的要求如下：活性材料微粒和导电剂微粒的空间位置均需要在空间内，不得有任意一部分超出空间。活性材料微粒和导电剂微粒两两之间不存在重叠的部分，且均匀分布在空间中。

d、微粒空间位置的生成方法如下：首先随机生成三个0到1之间的随机数，分别乘以步骤3中所构建的空间上三条边的长度即长、宽、高，可得到微粒的空间位置。并根据步骤3中所规定的要求，判断生成的微粒空间位置是否符合要求。如果条件不符合，则移除该空间位置点并重新随机生成随机数生成空间位置；如果条件符合，则再生成下一个微粒，直到步骤2中得到的活性材料微粒个数N_AM和导电剂微粒个数N_CB全部生成完毕。

步骤4：将随机分布的活性材料微粒和导电剂微粒所处的空间压缩至规定仿真空间大小，从而构建了电学仿真所需的正极材料仿真输入模型。

优选地，压缩过程的具体条件为：

a、压缩过程是将仿真空间中扩大为N倍的方向缩小至N分之一，压缩完毕后活性材料微粒和导电剂微粒均匀随机分布在步骤1中规定的仿真空间中；

b、在压缩过程中及压缩过程结束后，需要保证活性材料微粒和导电剂微粒间均不存在重叠的部分；

c、压缩过程结束后只改变了微粒的空间位置，并没有改变微粒的几何形状以及几何尺寸；

d、压缩完毕后所获得的模型即为正极材料仿真输入模型。

步骤5：将所构建的正极材料输入模型导入ABAQUS/STANDARD电学分析模块中，并设置活性材料以及导电剂的导电率，仿真计算在给定电压下所构建的正极材料在通道效应原理下的电流密度分布。

优选地，对于所构建的正极材料的导电率仿真计算步骤为：

a、将步骤4中正极材料输入模型导入ABAQUS/STANDARD的电学仿真中，并在几何形状呈正方体的仿真空间一组对应表面添加两个平板。正极材料输入模型和所添加的两个平板组成为正极材料模型；

b、设置导电剂的电导率为3×10⁴S·m^-1，活性材料的电导率为1×10^-8S·m^-1；

c、由于导电剂微粒之间存在通道效应，即存在电导，因此，可以通过单位面积下的电导表达式进行计算：

其中，σ_g为两个导电剂微粒之间单位表面积的电导，单位为S·m^-2；σ₀为材料的比例常数，单位为S·m^-2；T为温度，单位为K；k为玻尔兹曼常量，其值为1.38×10^-23，单位为J×K^-1；ΔH为通道效应下导电剂微粒间的激活能，单位为J；d为导电剂和导电剂之间形成通道的宽度，此发明中设置为8nm；w为导电剂微粒和导电剂微粒形成的通道的长度，单位为nm。

d、结合通道效应原理计算导电剂微粒和导电剂微粒之间的电导值σ_g。

e、在步骤5中所设置的两个平板之间添加单位电压，并使用ABAQUS/STANDARD进行电学仿真，输出所有节点的电流密度j_node；

步骤6：利用正极材料模型的串联规律，根据求得的正极材料电流密度分布，计算正极材料的平均电流密度j_all并计算正极材料电导率σ。

优选地，步骤6中串联关系是指正极材料模型中步骤5所设置的两个平板和步骤4求得的正极材料仿真输入模型为串联关系。

优选地，平均电流密度j_all、正极材料电导率σ的计算方法为：

a、根据步骤5中输出的所有节点的电流密度j_node，选取步骤5中所设置的任一平板表面所有节点的电流密度j_i，利用以下表达式计算该平板表面流出的平均电流密度j_all：

其中，j_all为平板表面流出的平均电流密度，I_all为平板表面流出的总电流，S为平面表面面积，j_i为平板表面节点的电流密度，δs为单位节点所占的平板表面面积。

b、根据步骤6所计算的平板表面流出的平均电流密度j_all，利用以下表达式求得仿真模型的电导率σ：

其中，ΔU是步骤5中设置的两表面间电压，L是步骤5中设置的两表面之间的间距。

步骤7：重复上述仿真过程计算获取多次电导率计算结果，并选取平均值

作为该正极材料的导电率。

优选地，正极材料为掺杂导电剂的锂离子电池正极材料，正极材料的组成成分为活性材料、导电剂和粘合剂。

以下将结合一个具体的锂离子电池正极材料导电性能仿真案例对本发明做进一步的详细说明，图1是一种锂离子电池正极材料导电性能仿真生成方法，其具体实施方式如下：

步骤1：设置导电剂掺杂比例w_导＝10％、粘合剂掺杂比例w_粘＝10.43％、活性材料为球形，直径d_AM＝100nm、导电剂为球形，直径d_CB＝40nm，材料孔隙率p＝50％。仿真空间的几何形状设置为正方体，边长d_space＝300nm。

步骤2：根据步骤1中的参数，得到仿真空间的体积为2.7×10⁷nm³，因此正极材料所占空间体积V_all＝1.35×10⁷nm³。正极材料活性材料的密度ρ_AM＝3.58g·cm^-3，导电剂的密度ρ_CB＝1.94g·cm^-3，粘合剂密度ρ_粘＝1.856g·cm^-3并根据步骤1中所设置的导电剂掺杂比例等，得到活性材料微粒个数为17个和导电剂微粒的个数为63个。

步骤3：利用MATLAB程序的随机数功能，结合步骤二中得到的活性材料微粒和导电剂微粒个数，随机生成活性材料和导电剂微粒在3倍于规定仿真空间体积下的位置分布。其中扩大3倍的方向为z方向。生成的微粒位置分布图如图2所示。生成的微粒位置数据的一部分如图3所示。图3中每一列代表一个微粒，前三个数值代表微粒的x,y,z三个坐标，第四个数值代表微粒的直径。通过微粒直径的不同可以判断微粒属于活性材料微粒还是导电剂微粒。

步骤4：利用PYTHON程序将步骤3中生成的随机位置数据输入至有限元分析软件ABAQUA中，利用ABAQUS/EXPLICIT分析模块将随机分布的微粒所处的空间的z方向压缩三分之一，从而构建了电学仿真所需的正极材料输入模型。压缩完毕后的微粒分布图如图4所示。

步骤5：将所构建的正极材料输入模型导入ABAQUS/STANDARD电学分析模块中，并在仿真空间的正方体一组对应表面添加两个平板组成为正极材料模型。设置活性材料电导率为1×10^-8S·m^-1，导电剂的材料导电率为3×10⁴S·m^-1，结合通道效应原理设置导电剂微粒和导电剂微粒之间的电导值σ_g。设置通道的宽度w＝8nm，σ_g(w＝0)＝3.12*10⁸(S·m^-2)。两个平板之间添加单位电压，仿真计算所建正极材料的电流密度分布，输出所有节点的电流密度j_node。

经过仿真计算得到的正极材料电流密度分布如图5所示。图5中为了直观的显示导电剂微粒的电流分布情况，在视图中隐藏了活性材料微粒，只保留了两个用于比较大小。

步骤6：利用正极材料模型的串联规律，根据求得的正极材料电流密度分布，计算设置的任一平板的表面流出平均电流j_all，以此计算正极材料电导率。所得到的该正极材料模型导电率为3.32×10^-2(S·m^-1)。

步骤7：重复上述仿真过程计算获取多次电导率计算结果，并选取平均值作为该正极材料的导电率。得到正极材料模型电导率

为3.27×10^-2(S·m^-1)。

实际数据在该掺杂比例下的电导率为2.42×10^-2(S·m^-1)，由此说明本发明的锂离子电池正极材料的导电性能仿真生成方法具有一定的普适性。

本发明的有益效果在于：本发明提供了一种锂离子电池正极材料导电性能仿真生成方法，相比于理论的模型以及实验测定具有明显的优势。其基于普遍的理论原理以及已有的实验现象建立了一套仿真模型并形成了有效的仿真模型方法。与理论研究模型相比，本发明具有更普遍的指导作用，与实验现象更加贴合，同时本发明没有大部分理论模型中包含的许多特定的限制条件，更加适合指导材料的制备。与大量实验相比，本发明的成本低廉而且周期较短，不需要大量反复的实验尝试，为锂离子电池正极材料的优化提供了方法支撑。

最后应说明的是：以上所述的各实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案或者参数进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种锂离子电池正极材料导电性能仿真生成方法，其特征在于：其包括以下步骤：

S1：设置导电剂掺杂比例w_导、粘合剂掺杂比例w_粘、活性材料尺寸、导电剂尺寸以及材料孔隙率p参数，并给定仿真空间的大小；

S2：利用活性材料和导电剂的密度，并根据步骤S1所设置的导电剂掺杂比例、材料的孔隙率，计算在给定仿真空间下，活性材料微粒和导电剂微粒的个数；

S3：随机生成在N倍于给定仿真空间体积下的活性材料微粒和导电剂微粒位置分布；

S4：将随机分布的活性材料微粒和导电剂微粒所处的空间压缩至给定仿真空间大小，从而构建了电学仿真所需的正极材料仿真输入模型；

S5：将所构建的正极材料仿真输入模型导入电学分析模块中，并设置活性材料以及导电剂的导电率，仿真计算在给定电压下所构建的正极材料在通道效应下的电流密度分布；

S6：根据步骤S5中获得的正极材料的电流密度分布，获取S5中所施加的给定电压的平面的节点电流密度，计算给定电压平面的节点电流密度的平均值，并利用正极材料仿真输入模型的串联规律关系，得到正极材料的平均电流密度j_all，进而利用电导率计算表达式获得正极材料电导率σ：

其中，I为流经正极材料的电流，U为正极材料两端所加电压，L为正极材料的长度，S为正极材料的横截面积；

S7：重复上述仿真过程获取多次电导率σ，并选取平均值

作为该正极材料的导电率。

2.根据权利要求1所述的锂离子电池正极材料导电性能仿真生成方法，其特征在于：所述正极材料为掺杂导电剂的锂离子电池正极材料，正极材料的组成成分包括活性材料、导电剂和粘合剂。

3.根据权利要求1所述的锂离子电池正极材料导电性能仿真生成方法，其特征在于：步骤S1中所述参数以及仿真空间的大小具体包括：

S11、导电剂掺杂比例为所掺杂的导电剂质量占正极材料总质量的百分比；粘合剂掺杂比例为所掺杂的粘合剂质量占正极材料总质量的百分比，导电剂掺杂比例w_CB设置在5％-15％之间，粘合剂掺杂比例w_粘为10.43％；

S12、活性材料和导电剂微粒的几何形状均为球形，活性材料微粒直径d_AM设置在50nm到200nm之间，导电剂微粒直径d_CB设置为40nm；

S13、孔隙率p为所有材料的体积和占整个仿真空间体积的百分比，所述孔隙率p设置为50％；

S14、仿真空间的几何形状设置为正方体，正方体的边长d_space设置为活性材料直径的三倍。

4.根据权利要求3所述的锂离子电池正极材料导电性能仿真生成方法，其特征在于：步骤S2中所述活性材料微粒和导电剂微粒个数的确定方法包括：

S21、利用S14中设置的仿真空间以及S13中设置的孔隙率计算出正极材料所占空间体积V_all，表达式如下：

V_all＝p·d_space ³＝27p·d_AM ³；

S22、结合活性材料的密度ρ_AM，导电剂的密度ρ_CB以及粘合剂的密度ρ_粘，利用S11中给出的导电剂掺杂比例w_CB和粘合剂掺杂比例w_粘，计算出活性材料所占的空间体积V_AM、导电剂所占的空间体积V_CB和粘合剂所占的空间体积V_粘之比，其中活性材料密度设置为3.58g·cm^-3，导电剂密度设置为1.94g·cm^-3，粘合剂密度设置为1.856g·cm^-3，表达式如下：

利用S21中计算得到的正极材料所占空间体积V_all，得到活性材料所占空间体积V_AM、导电剂所占的空间体积V_CB和粘合剂所占的空间体积V_粘；

S23、利用S12中设置的活性材料微粒直径和导电剂微粒直径，计算单个活性材料微粒的体积和单个导电剂微粒的体积，并利用S22中活性材料所占空间体积和导电剂所占空间体积，用活性材料所占空间的总体积除以单个活性材料微粒的体积，取整后便得到活性材料微粒的个数N_AM；用导电剂所占空间的总体积除以单个导电剂微粒的体积，取整后便得到活性材料微粒的个数N_CB。

5.根据权利要求4所述的锂离子电池正极材料导电性能仿真生成方法，其特征在于：步骤S3中所述的随机生成位置分布的方法为：

S31、在所述仿真空间的基础上，沿某一方向拉伸N倍，构建一个新的空间；

S32、结合S23中得到的活性材料微粒和导电剂微粒个数，首先随机生成所有活性材料微粒的空间位置，再随机生成所有导电剂微粒的空间位置；

S33、随机生成空间位置的要求如下：活性材料微粒和导电剂微粒的空间位置均需要在空间内；活性材料微粒和导电剂微粒两两之间不存在重叠的部分，且均匀分布在空间中；

S34、微粒空间位置的生成方法如下：首先随机生成三个0到1之间的随机数，分别乘以步骤S31中所构建的空间上三条边的长、宽或者高，获得微粒的空间位置；并根据S33中所规定的要求，判断生成的微粒空间位置是否符合要求，如果条件不符合，则移除该空间位置点并重新随机生成随机数生成空间位置；如果条件符合，则再按照S34的步骤生成下一个微粒，直到S23中得到的活性材料微粒个数N_AM和导电剂微粒个数N_CB全部生成完毕。

6.根据权利要求4所述的锂离子电池正极材料导电性能仿真生成方法，其特征在于：步骤S4中所述的压缩过程的具体条件为：

S41、压缩过程是将仿真空间中扩大为N倍的方向缩小至N分之一，压缩完毕后活性材料微粒和导电剂微粒均匀随机分布在S1中规定的仿真空间中；

S42、在压缩过程中及压缩过程结束后，需要保证活性材料微粒和导电剂微粒间均不存在重叠的部分；

S43、压缩过程结束后只改变了微粒的空间位置，并没有改变微粒的几何形状以及几何尺寸；

S44、压缩完毕后所获得的模型即为正极材料仿真输入模型。

7.根据权利要求1所述的锂离子电池正极材料导电性能仿真生成方法，其特征在于：步骤S5中对于所构建的正极材料的导电率仿真计算步骤为：

S51、将步骤S4中正极材料输入模型导入ABAQUS/STANDARD的电学仿真中，并在几何形状呈正方体的仿真空间一组对应表面添加两个平板，正极材料输入模型和所添加的两个平板组成为正极材料模型；

S52、设置导电剂的电导率为3×10⁴S·m^-1，活性材料的电导率为1×10^-8S·m^-1；

S53、由于导电剂微粒之间存在通道效应，可以通过单位面积下的电导表达式进行计算：

其中，σ_g为两个导电剂微粒之间单位表面积的电导，单位为S·m^-2；σ₀为材料的比例常数，单位为S·m^-2；T为温度，单位为K；k为玻尔兹曼常量，其值为1.38×10^-23，单位为J×K^-1；ΔH为通道效应下导电剂微粒间的激活能，单位为J；d为导电剂和导电剂之间形成通道的宽度设置为8nm；w为导电剂微粒和导电剂微粒形成的通道的长度，单位为nm；

S54、结合通道效应计算导电剂微粒和导电剂微粒之间的电导值σ_g；

S55、在步骤S51中所设置的两个平板之间添加单位电压，并使用ABAQUS/STANDARD进行电学仿真，输出所有节点的电流密度j_node。

8.根据权利要求7所述的锂离子电池正极材料导电性能仿真生成方法，其特征在于：步骤S6所述串联关系是指正极材料模型中S51所设置的两个平板和S4求得的正极材料仿真输入模型为串联关系。

9.根据权利要求7所述的锂离子电池正极材料导电性能仿真生成方法，其特征在于：步骤S6所述平均电流密度j_all、正极材料电导率σ的确定方法为：

S61、根据S55中输出的所有节点的电流密度j_node，选取S51中所设置的任一平板表面所有节点的电流密度j_i，利用以下表达式计算该平板表面流出的平均电流密度j_all：

其中，j_all为平板表面流出的平均电流密度，I_all为平板表面流出的总电流，S为平面表面面积，j_i为平板表面节点的电流密度，δs为单位节点所占的平板表面面积；

S62、根据S62所计算的平板表面流出的平均电流密度j_all，利用以下表达式求得仿真模型的电导率σ：

其中，ΔU是S55中设置的两表面间电压，L是S51中设置的两表面之间的间距。

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