本发明涉及可充电离子电池，尤其是一种三维枝晶的相场模拟方法、装置及电子设备。
背景技术：
1、相场模型是一种基于热力学描述材料体系微观结构演化的计算研究模型，采用序参量来描述物质相态。目前，相场模型可用于锂金属电池负极枝晶生长研究，通过相场模型，可以计算得到连续体尺度的负极枝晶生长形貌、目标离子浓度分布和目标电势分布等图像。但其中的各向异性参数只有一个法向与坐标轴的角度有关，因此只能实现二维的相场模型，无法还原晶体生长的三维各向异性。
技术实现思路
1、有鉴于此，本发明实施例的主要目的在于提供一种三维枝晶的相场模拟方法、装置及电子设备，以实现从三维空间角度上体现晶体生长的各向异性。
2、为实现上述目的，本发明实施例的一方面提供了一种三维枝晶的相场模拟方法，所述方法包括：
3、根据吉布斯自由能，获取自由能密度；
4、根据所述自由能密度，获取初始相场变量方程、初始离子浓度方程以及初始电势方程；
5、构造初始各向异性参数函数，对所述初始各向异性参数函数中的各向异性参数进行拟合，得到目标各向异性参数函数；
6、输入初始条件以及边界条件；
7、对所述初始相场变量方程、所述初始离子浓度方程以及所述初始电势方程进行离散化，获取若干个方向上的目标相场变量方程、目标离子浓度方程以及目标电势方程；
8、根据所述目标各向异性参数函数、所述初始条件以及所述边界条件，获取所述目标相场变量方程、所述目标离子浓度方程以及所述目标电势方程的瞬态解，得到目标相场变量分布、目标离子浓度分布以及目标电势分布；
9、根据所述目标相场变量分布、所述目标离子浓度分布以及所述目标电势分布，绘制等值面，得到负极表面或者枝晶的形貌。
10、在一些实施例中，所述自由能密度包括化学自由能密度、梯度能密度和静电能密度，所述吉布斯自由能的表达式为：
11、
12、其中，g代表吉布斯自由能；v代表体积；fch(u,ci)代表化学自由能密度；fgrad(u)代表梯度能密度；felec(u,ci,φ)代表静电能密度；u代表相场变量；ci代表组分为i的离子浓度；φ代表电势。
13、在一些实施例中，所述化学自由能密度的表达式为：
14、
15、所述梯度能密度的表达式为：
16、
17、所述静电能密度的表达式为：
18、
19、其中，fch(u,ci)代表化学自由能密度；fgrad(u)代表梯度能密度；felec(u,ci,φ)代表静电能密度；u代表相场变量；ci代表组分为i的离子浓度；φ代表电势；w代表能垒参数；c0代表初始电解液浓度；r代表气体常数；t代表热力学温度；c+代表阳离子浓度；c-代表阴离子浓度；代表标准状态下的自由能密度；代表标准状况下组分为i的参考化学势；为del算符；k代表各向异性参数；ρe代表电荷密度；φ代表电势；f代表法拉第常数；zi代表离子荷电数量；i代表组分。
20、在一些实施例中，所述根据所述自由能密度，获取初始相场变量方程、初始离子浓度方程以及初始电势方程，包括：
21、基于allen-cahn方程，根据所述自由能密度的相场变量，得到初始相场变量方程；
22、基于能斯特普朗克方程，根据所述自由能密度的离子浓度，得到初始离子浓度方程；
23、基于泊松方程，根据所述自由能密度的电势，得到初始电势方程。
24、在一些实施例中，所述初始各向异性参数函数的表达式为：
25、
26、其中，k代表各向异性参数；k0代表平均梯度能系数；δ1、δ2代表对应的各向异性强度；ω1、ω2代表对应的各向异性模态数；θ代表法向在平面的投影与x轴的夹角；代表法向与法向在平面投影的夹角。
27、在一些实施例中，所述构造初始各向异性参数函数，对所述初始各向异性参数函数中的各向异性参数进行拟合，得到目标各向异性参数函数，包括：
28、获取晶面指数；
29、将晶面指数对应的晶面置于球坐标中，得到初始晶体表面能函数；
30、对所述初始晶体表面能函数进行拟合，得到目标晶体表面能函数；
31、构造初始各向异性参数函数，对所述初始各向异性参数函数中的各向异性参数进行拟合，得到目标各向异性参数函数。
32、为实现上述目的，本发明实施例的另一方面提出了一种三维枝晶的相场模拟装置，所述装置包括：
33、第一模块，用于根据吉布斯自由能，获取自由能密度；
34、第二模块，用于根据所述自由能密度，获取初始相场变量方程、初始离子浓度方程以及初始电势方程；
35、第三模块，用于构造初始各向异性参数函数，对所述初始各向异性参数函数中的各向异性参数进行拟合，得到目标各向异性参数函数；
36、第四模块，用于输入初始条件以及边界条件；
37、第五模块，用于对所述初始相场变量方程、所述初始离子浓度方程以及所述初始电势方程进行离散化，获取若干个方向上的目标相场变量方程、目标离子浓度方程以及目标电势方程；
38、第六模块，用于根据所述目标各向异性参数函数、所述初始条件以及所述边界条件，获取所述目标相场变量方程、所述目标离子浓度方程以及所述目标电势方程的瞬态解，得到目标相场变量分布、目标离子浓度分布以及目标电势分布；
39、第七模块，用于根据所述目标相场变量分布、所述目标离子浓度分布以及所述目标电势分布，绘制等值面，得到负极表面或者枝晶的形貌。
40、为实现上述目的，本发明实施例还提供了一种电子设备，该电子设备包括处理器以及存储器；存储器存储有程序；处理器执行程序以执行前述的一种三维枝晶的相场模拟方法。
41、为实现上述目的，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，存储介质存储有程序，所述程序被处理器执行实现前述的一种三维枝晶的相场模拟方法。
42、为实现上述目的，本发明实施例还提供了一种计算机程序产品或计算机程序，该计算机程序产品或计算机程序包括计算机指令，该计算机指令存储在计算机可读存储介质中。计算机设备的处理器可以从计算机可读存储介质读取该计算机指令，处理器执行该计算机指令，使得该计算机设备执行前述的一种三维枝晶的相场模拟方法。
43、本发明的实施例至少包括以下有益效果：本发明提供一种三维枝晶的相场模拟方法、装置及电子设备，该方法根据吉布斯自由能，获取自由能密度；根据所述自由能密度，获取初始相场变量方程、初始离子浓度方程以及初始电势方程；构造初始各向异性参数函数，对所述初始各向异性参数函数中的各向异性参数进行拟合，得到目标各向异性参数函数；输入初始条件以及边界条件；对所述初始相场变量方程、所述初始离子浓度方程以及所述初始电势方程进行离散化，获取若干个方向上的目标相场变量方程、目标离子浓度方程以及目标电势方程；根据所述目标各向异性参数函数、所述初始条件以及所述边界条件，获取所述目标相场变量方程、所述目标离子浓度方程以及所述目标电势方程的瞬态解，得到目标相场变量分布、目标离子浓度分布以及目标电势分布；根据所述目标相场变量分布、所述目标离子浓度分布以及所述目标电势分布，绘制等值面，得到负极表面或者枝晶的形貌，实现从三维空间角度上体现晶体生长的各向异性。
1.一种三维枝晶的相场模拟方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种三维枝晶的相场模拟方法，其特征在于，所述自由能密度包括化学自由能密度、梯度能密度和静电能密度，所述吉布斯自由能的表达式为：
3.根据权利要求2所述的一种三维枝晶的相场模拟方法，其特征在于，所述化学自由能密度的表达式为：
4.根据权利要求1所述的一种三维枝晶的相场模拟方法，其特征在于，所述根据所述自由能密度，获取初始相场变量方程、初始离子浓度方程以及初始电势方程，包括：
5.根据权利要求1所述的一种三维枝晶的相场模拟方法，其特征在于，所述初始各向异性参数函数的表达式为：
6.根据权利要求1所述的一种三维枝晶的相场模拟方法，其特征在于，所述构造初始各向异性参数函数，对所述初始各向异性参数函数中的各向异性参数进行拟合，得到目标各向异性参数函数，包括：
7.一种三维枝晶的相场模拟装置，其特征在于，包括：
8.一种电子设备，其特征在于，包括处理器以及存储器；
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质存储有程序，所述程序被处理器执行实现如权利要求1至6中任一项所述的方法。
10.一种计算机程序产品，包括计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至6任一项所述的方法。
