锂离子电池极片层数对热积累效应的影响

摘要

锂离子电池的极片为电芯最重要的组成部分,极片层数增加会提升电池的容量,但同时也造成内部的产热积累以及外部的散热受阻,最终对电池的安全性造成威胁.因此,本文以10 A·h的磷酸铁锂电池为研究对象,首先建立了一种三维分层的电化学-热耦合模型,理论分析了极片层数对热积累效应的影响,之后通过温度分布验证了本模型的精确性,最后分析了极片层数对锂离子电池温度分布的影响,以及在倍率和极片层数的综合考量下锂离子电池的热积累效应,给出了锂离子电池极片层数的设计依据.结果表明随着极片层数的增加,电池内部热积累效应增强,导致电池温度升高,并且在垂直于极片方向上存在一定的温度梯度;在高倍率以及极片层数较大时,极耳温度高于电芯温度,高温逐渐向极耳区域集中,极耳部位的散热需着重考虑;此外随着倍率的增大,电池的温差也明显增大,当倍率从3 C增大到10 C时,温差增大了约11.2倍.因此如果对电池执行快充和快放的策略,那么电池的极片层数则不宜太高,以避免电池温差过大造成内部热-电化学性质的不均匀分布,最终导致局部高温或容量衰减.