材料-性能快速预测软件平台

一、用户痛点及需求

锂电池产品制造工艺复杂，目前锂电池厂商对锂电池材料及性能设计及验证采用的是小试、中试、量产迭代的方式，通过反复设计后投入生产，如果检测结果发现产品材料或性能不匹配，则再返工修改，过程会经过很多的返工迭代，这将使得耗费巨大研发费用却产品迭代速度缓慢。为了加快对锂电池性能和可靠性预测与提升的研发进度，需求通过加入数学建模与仿真的方法，建立高效精确的锂电池材料与性能的构效计算仿真系统，达成指导产品设计、材料-性能快速预测、降低开发成本，缩短研发周期、提高产品可靠性的目的。

二、解决方案

针对用户材料-性能快速预测的需求，结合锂电池产品研发和生产特点，通过对材料数据与虚拟电池生成器进行快速分析与性能计算可以找到材料对电池性能影响的关系式打造材料-性能快速预测软件平台。运用预测平台中的锂电池性能评估数据模型，可在计算机环境中模拟锂电池的实际运行，并通过改变锂电池的材料参数与制造工艺参数来验证不同锂电池的产品性能，最终获得最优的锂电池材料与工艺参数。采用数据分析建立可重复使用的材料库、模型库、参数库、材料与性能数据库，并将机理与数据模型引入材料-性能评估的每一个阶段，利用仿真模型替代80%的硬件检测，实现指导产品设计、材料-性能快速预测、降低开发成本，缩短研发周期、提高产品可靠性的目的。

三、产品特点

① 低门槛性/易操作性

降低对人员专业性的要求，工程师上手操作使用简单，区别于同类型的CAE软件，需要深厚的物理、数学基础沉淀才能进行牵引材料及性能验证的设计迭代。平台内已经形成可重复使用的材料库、模型库、参数库、材料与性能数据库，工程师只需调用选取即可进行设计。

② 仿真模拟计算

可在计算机环境中模拟锂电池的实际运行，前期设计阶段可以不用将产品进行试生产，只要有材料的参数、过往经验积累及少量的数据库，就可以通过软件直接实现所设计材料及性能的预测，极大缩短产品的研发周期。

③ 计算效率、精度

利用三维数据驱动的虚拟电极预测包括容量、内阻、能量密度、能量效率、不同温度循环寿命、日历寿命、不同温度存储寿命等主要性能参数，理论指标计算误差<1%；基于材料配方计算锂电池容量与其它性能参数，理论容量计算误差<1%；考虑制造工艺的影响实际容量计算误差<1%；单次材料配方数据与关联分析计算速度<1s；单次计算<8小时，极高效率计算出电极的曲折因子，活性表面比，conductivity 和孔隙率等物理电化学性质；

四、服务成效

相对比采取纯实验测试的产品研发方法，基于材料-性能快速预测软件平台仿真建模的研发方法可将研发周期和成本缩减至原先六分之一；

研发及管理人员学习和掌握了科学方法，提高了员工素质与技术水平，提升工作效率与工作品质，提升企业的全流程运营能力；

美国能源部基于机械性能的锂电池电极材料的仿真驱动选择；

宁德时代电芯设计仿真平台一期&二期；

国轩高科数字化制造产线；

远景能源正负极固相扩散系数参数校正