仿真是锂离子电池材料、工艺、结构、性能分析和优化的重要手段。锂离子电池仿真常采用均匀化模型,难以考虑电极微结构的影响,精确模拟电极内部的反应过程细节。为此,本文开展了锂离子电池电极微结构建模与电化学仿真软件研发工作。提出了基于断层图像的电极微结构三维重建与网格生成算法。通过区域选取和最大类间方差算法处理断层图像,并建立图像与网格的映射关系,分辨了活性材料颗粒相与孔隙相,采用单元同质化处理网格中的缺陷,构建出适用于仿真计算的网格模型。石墨、钴酸锂电极的重建结果表明模型孔隙率与测试孔隙率偏差均在5%以内。通过分析网格规模与模型精度的关系,建立了网格尺寸的选取准则。建立了锂离子电池电化学3D非均相模型,实现了考虑电极微结构特征的仿真。在重建模型基础上,根据电荷守恒、质量守恒、反应动力学方程建立仿真模型,基于有限体积法开发求解模块。钴酸锂半电池放电过程仿真结果与伪二维模型计算结果相比,1 C放电下精度相当、5 C放电下电压预测精度提升超50%。通过分析微结构导致的性能差异和电化学特性空间分布特点,阐明了3D非均相模型的优势。设计了电极微结构仿真软件的后置处理模块,实现了百万级网格数据的渲染。通过分析后置处理工作流程和功能,对后置处理模块的整体架构进行设计,综合VTK数据结构和仿真结果特点,提出了基于属性值组织文件的显示加速技术,降低数据冗余度,保证渲染效率。设计出二维曲线图显示、三维数据场显示等功能,实现了电压、浓度、电流密度等数据的可视化。集成电极微结构重建、仿真与后置处理功能,研发出锂离子电池电极微结构建模与电化学仿真软件。基于模型-视图-控制器架构对主要功能模块进行分层设计,降低了仿真系统的耦合性。采用石墨半电池1 C充电仿真案例测试了仿真系统的微结构重建、数值求解和后置处理功能,结果表明基于真实电极微结构的仿真更好地揭示了电极内部的电化学反应,可指导电极结构的设计与优化。