锂电池 电化学-热耦合模型

电池的电化学模型以Newman模型为基础，由负极集流体、负极涂层、隔膜、正极集流体、正极涂层构成，将正负极视为由相同颗粒组成的带有间隙的多孔电极，颗粒半径越小，电池充放电循环性能越好，而电解液则充满颗粒间空隙，如图2所示。负极为石墨，正极为三元材料NCM，电解液为LiPF6，各部分材料参数见表4。当电池处于充电状态时，Li+从正极固体颗粒表面脱出，在电解液中穿过隔膜，在负极颗粒表面嵌入，形成嵌锂石墨；当电池处于放电状态时，锂离子从负极脱出回到正极，锂离子嵌入和脱出的数目越多，电池容量越大。由于浓度差的存在，Li+在正负极颗粒内部进行固相扩散，在电解液中进行液相的扩散和迁移。

图2 电化学模型示意图

表4 材料参数

电池产生的热量包括可逆热(充放电过程中熵变引起)与不可逆热(欧姆热、极化热)，而可逆热与极化热均为电化学反应热，可逆热是电池内部发生电化学反应时引起的热量变化，极化热是由于电池内部在伴随电化学反应产生的极化内阻引起的能量损失，欧姆热为电流流经导电介质时产生的热量。

传热模型为模拟恒温箱中不同温度下电池的工作状态及温度变化，建立如图3(a)所示的依靠空气对流散热的固体传热圆柱形电池模型，为模拟恒温箱内的环境，恒温箱在维持恒定温度时有均值约0.1 m/s的空气流动，故设置模型空气流速为0.1 m/s，并构建自由四面体网格如图3(b)所示，模型各部分尺寸如表5所示。

图3 固体传热与空气对流散热模型

表5 几何模型参数

声明： 本网站所发布文章，均来自于互联网，不代表本站观点，如有侵权，请联系删除（VX：pxebattery）