锂离子电池放电循环的发热特性研究

锂离子电池放电循环的热特性研究

锂离子电池的加热特性对电池的热管理系统的开发具有重要的意义。本文采用数值方法对锂离子电池放电过程中微热特性进行了研究,和固态电解质的锂离子电池放电周期(SEI)电影和欧姆热的变化规律进行了分析,结果表明,锂离子电池在高速率放电(>5c),热生成的SEI膜的一个重要组成部分锂离子电池加热;随着放电循环的进展，锂离子电池正极粒子表面的SEI呈线性规律增厚，导致SEI电阻不断增大。放电环境温度越高，锂离子电池负极SEI增厚越快，容量下降越快。

0前言

锂离子电池具有高比能、放电电压和良好的循环寿命等优点，被认为是纯电动汽车(EV)和混合动力汽车(HEV)的最佳储能装置之一。热管理系统是保证大功率锂离子电池组安全运行的核心技术之一。过高的温度会导致锂离子电池表面电解液(SEI)膜的破坏，从而缩短电池的使用寿命，可能导致电池爆炸等安全问题。因此，研究锂离子电池在复杂工况下的热特性是开发电池热控制技术的基础，对动力锂电池热管理系统的开发具有重要的科学指导意义。

目前，重要通过数值模拟和实验分析来研究锂离子电池的热特性。提出的柯南道尔在电化学模型和电池能量方程提出了贝尔纳迪,国内外学者的基础上,开发了多锂离子电池热电耦合模型,采用热电耦合模型等计算锂池在不同温度下的放电特性,和温度的影响分析和相关参数对锂离子电池放电特性。

利用热电耦合模型计算了缠绕锂离子电池的温度。J.v.azquez-arenas等人利用热电耦合模型模拟方形锂离子电池，研究了电池温度对其放电特性和锂离子浓度分布的影响，定量分析了不同热源对电池发热值的影响。目前，对锂离子电池热特性的研究大多采用热电耦合模型，而对锂离子电池的容量退化问题考虑较少。在锂离子电池的充放电循环过程中，负极膜会由于沉积而逐渐加厚，导致锂离子电池内阻增大，从而导致锂离子电池的升温速率显著增大。在锂离子电池热电耦合模型中，考虑了循环衰减问题，分析了温度对锂离子电池容量衰减的影响。但该模型所建立的模型和研究成果仅适用于该模型所研究的特定锂离子电池，缺乏通用性。

本文应用电池的热电比例模型，考虑了电池周期衰减过程中SEI变化对电池产热的影响。详细分析了锂离子电池循环过程中的热量变化以及温度对电池寿命的影响，得出以下结论:

1.在锂离子电池高速放电过程中(>5c)，SEI膜出现的热量是锂离子电池出现热量的重要组成部分，占总热量的14%以上;

2.随着放电循环的发展，锂离子电池负极SEI逐渐增厚，放电环境温度越高，SEI上升越快，容量下降越快;

3.SEI的厚度和电阻随放电次数的新增而线性新增。

4.锂离子电池放电过程中SEI出现的热量和温升会随着放电循环次数的新增而逐渐增大。