摘要：为了研究不同老化状态的锂电池在高压静电场中对空间电势影响情况，首先介绍了锂电池工作原理和老化特性机理，分析得到锂电池老化导致外部电势场减弱原因是电池内部材料的电导率变化。然后分别通过COMSOL仿真以及搭建高压诱导锂电池放电实验装置来对不同老化程度的锂电池附近电势场进行研究，根据电池老化特性分别设置锂电池内部与电池老化相关材料的体积分数，仿真分析不同老化程度的锂电池。结果显示：随着锂电池老化程度加深，锂电池附近电场线会变得稀疏，即空间电势分布会相应减弱。同时，搭建由高压直流电源、电极、锂电池、高压电场探头、示波器构成的高压诱导锂电池放电实验装置来测量8个不同SOH的锂电池在高压静电场中电势的变化状况。结果显示：SOH为43.32%的锂电池，其附近电场强度比SOH为95.32%的锂电池减弱7%左右，锂电池附近的电场强度都会随SOH的降低而相应的减弱，但是不同环境下其电势衰减程度不同。
关键词：锂电池老化,电导率,高压诱导,电势分布,COMSOL仿真,建模,SOH,锂电池放电实验
0引言
为了有效应对全球气候变化，实现“双碳”目标，新能源汽车是环保与节能的重要发力点。据估算，2030年，我国动力电池退役量将达到190万t[1]。由于退役的动力电池还具有很大的利用空间，通过对退役电池单元进行重新测试、分析、筛选和配对重组后，可用于较低电池性能要求的其他领域，从而降低对环境的污染，最大程度避免资源浪费。
随着锂电池的不断使用，由于物理和化学副反应以及各种耦合因素的影响，会导致电池出现各种老化现象[2]。为了研究不同老化状态的锂电池在高压静电场中对空间电势影响情况，本文首先分析介绍锂电池工作原理和老化机理，随后分别从COMSOL多物理场仿真和搭建高压诱导锂电池放电实验装置来研究老化锂电池附近电势场的变化情况，在COMSOL仿真中，通过设置不同老化程度的锂电池（未老化、轻微老化、中度老化、严重老化），观察在高压电极诱导下附近电势场的变化情况，同时也搭建了高压诱导锂电池放电实验装置，并且分别测量不同SOH的锂电池附近的电势场强度大小情况。通过研究不同健康状态的锂电池对高压静电场中空间电势影响情况，能够实时评估电池的健康状况，提前预警可能的故障或性能下降，进而提高电池的安全性。同时，这项研究对退役电池的回收和再利用也具有重要意义，为确定哪些电池适合再利用或重组提供了科学依据。
1锂电池工作原理和老化特性
锂电池工作机理也就是锂离子(Li+)嵌入和脱嵌过程。Li+在电解液的作用下往返于电池正负极，结合外部电路，完成电能与化学能之间的相互转化。随着锂电池循环充放电次数的增加与外界因素影响，电池内部微观结构发生改变，进而导致电池性能退化，容量衰减，SOH降低[3]。
1.1锂电池工作原理
锂电池的工作原理如图1所示，锂离子电池通过锂离子在正极和负极之间的移动来存储和释放电能。在放电过程中，锂离子从负极穿过电解质移动到正极，同时电子通过外部电路流动产生电流，驱动设备运行。在充电时，外部电源驱动锂离子逆向移动，重新嵌入负极，储存能量。随着反复的充放电循环，电极材料可能发生不可逆变化，导致电池容量减少和内阻增加，最终影响电池性能和寿命。
5结束语
本文分别通过COMSOL仿真以及搭建高压诱导锂电池放电实验装置来对不同老化程度的锂电池引起附近的电势分布变化进行研究，在仿真中根据电池老化特性分别设置锂电池内部与电池老化相关材料的体积分数，划分无老化、轻微老化、中度老化、严重老化场景下进行仿真，仿真结果显示：随着锂电池老化程度加深，锂电池附近电场线会变得稀疏，也就是空间电势分布会相应减弱。同时，搭建由高压直流电源、电极、锂电池、高压电场探头、示波器构成的高压诱导锂电池放电实验装置来测量8个不同SOH的锂电池在高压静电场中电势的变化状况，实验结果显示：SOH为43.32%与95.32%的锂电池附近电场强度相比会减弱7%左右，因此随着锂电池SOH的降低其对应附近的电场强度都会相应的减弱，但是不同环境下锂电池电势衰减程度不同。这项研究揭示了锂电池老化导致锂电池在高压静电场中空间电势分布强度降低的规律，为电池健康状态监测、优化设计和安全性提升提供了重要依据。
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