隨著全球化石能源日益枯竭與生態(tài)環(huán)境的嚴重污染,迫切需要尋找一種能夠替代化石燃料的清潔能源。鋰離子電池以其高比能量、高比功率及高電壓平臺等優(yōu)點成為了替代化石燃料的首要選擇。但是由于鋰離子電池使用過程中頻繁發(fā)生的熱安全問題限制了電動汽車的發(fā)展及普及。因此,為了避免發(fā)熱問題影響電池的正常使用,需要對鋰離子電池的生熱和散熱特性進行準確分析。本文的主要研究內(nèi)容如下:搭建了鋰離子動力電池充放電測試平臺,對一款10Ah的磷酸鐵鋰鋰離子電池進行了不同倍率（1C、2C、3C）和不同環(huán)境溫度（-10℃、5℃、20℃、35℃、50℃）的放電試驗,分析了溫度及放電倍率對電池溫升及容量的影響。針對試驗使用的磷酸鐵鋰鋰離子電池,在COMSOL Multiphysics多物理場仿真軟件中搭建了全三維電化學-熱耦合模型,分析了鋰離子電池工作過程中的電極電位分布、電流密度分布和溫度場分布特性。結果表明,通過建立的全三維電化學-熱耦合模型可以得到電池局部電位分布和電流密度分布等傳統(tǒng)實驗方法難以獲得的結果;在鋰離子電池恒流放電過程中,單電極對內(nèi)部存在明顯的溫度梯度,特別是在極耳和極板的過渡區(qū),電池溫度梯度變化最大;放電過程... 

【文章來源】：青島大學山東省

【文章頁數(shù)】：64 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖1.1串行風冷與并行風冷流道圖

青島大學碩士畢業(yè)論文8第二章鋰離子電池理論研究2.1鋰離子電池的工作原理鋰電池因為其具有高比能量、高比功率、高的電壓平臺和無記憶效應等諸多的優(yōu)勢，目前已經(jīng)廣泛應用于電動汽車領域。鋰離子電池作為可反復充放電的二次電池，其工作原理如圖2.1所示[53-54]。其中電池的正負極具有儲存鋰離子的作用，隔膜具有分隔正極和負極的作用，防止電池內(nèi)部發(fā)生短路，目前動力電池隔膜表面會進行涂膠涂陶瓷處理，以增強隔膜的性能。圖2.1鋰離子電池工作原理鋰離子電池的正負極活性物質具有可逆地嵌入和脫出鋰離子的功能，當鋰離子電池充電時，鋰離子就會從電池的正極移動到負極，同時，正極處失去的電子也會經(jīng)過外電路移動到負極，從而產(chǎn)生了充電電流，當放電時鋰離子和電子移動的方向與充電時相反[55]。以LiCoO2鋰離子電池充放電反應過程為例，充電化學發(fā)應式向右進行，放電化學反應式向左進行，其工作原理如式2-(1)、2-(2)、2-(3)所示[56]：正極反應式：iCoOoOLiLxexLiCx2122-(1)負極反應式：nxnCLixexLiC2-(2)

青島大學碩士畢業(yè)論文9電池充放電總反應：nxxnLiCoOoOiCLCLiC2122-(3)2.2多孔電極理論鋰離子電池的電化學反應發(fā)生在正負電極的多孔介質表面，此過程是電池內(nèi)部電能與化學能的相互轉換。如圖2.2鋰離子電極反應示意圖所示，當電池充放電時，正負極中的鋰離子通過電解液和隔膜到達電池的另一極，同時電子經(jīng)過外電路到達電池的另一極，并與鋰離子發(fā)生反應。鋰離子電池電極反應主要包括四個過程，分別為傳荷過程、電雙層充電過程、擴散傳質過程、電荷遷移過程，它們的反應機理如下所示：(1)傳荷過程，這個過程發(fā)生在電解液和多孔介質的交互界面處，可以通過法拉第定律進行描述。(2)擴散傳質過程，此過程主要是指鋰離子電池在充放電過程中反應物質與生成物質在正負極活性物質內(nèi)部及電解液中的擴散過程。(3)電雙層充電過程，在電極和電解液交界處，由電解液和電極活性物質組成的類似于電容的結構。(4)電荷電遷移過程，該過程描述的是電極反應界面處生成的鋰離子及電子的傳輸過程。離子在電解液中進行遷移，此過程被稱為離子導電；電子傳輸在兩側集流體中進行，此過程被稱為電子導電。圖2.2鋰離子電池電極反應結構示意圖

【參考文獻】：
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本文編號：3353217