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摘 要

伴随着世界科技越来越高、越来越快的进步，传统的电池已经不能满足人类的生活需求，于是新型的锂离子电池便被研发出来代替传统的电池。

锂离子电池有许多传统电池不能比的优点，但是其热安全性一直以来就是严肃的问题，全世界发生了很多锂离子电池的安全事故，因此对其展开详细的研究很有必要。

此篇论文用18650锂离子电池来作为详细研究的对象，对其电化学模块和热模块进行深入研讨。电化学模块参数以充放电倍率、电流为例，热模块参数以传热系数为例，以comsol软件为平台，构建热滥用模型，研究充放电倍率、电流、传热系数对电解质盐浓度、电解质电位和电池温度变化的影响。对比得出来的结果，充放电倍率和电流的影响比较相似，传热系数的影响与前两者是大体上相反的，可以以此结论为背景，设计并优化锂离子电池的热管理系统。

关键词：锂离子电池 电化学参数 热物性参数

The thermal abuse of 18650 Cylindrical lithium ion battery for limited element simulated study

Abstract

With the world of technology is getting higher and higher, faster and faster progress, the traditional battery has been unable to meet the needs of human life, so the new lithium ion battery will be developed instead of the traditional battery.

Lithium-ion batteries have many traditional batteries can not than the advantages, but its thermal safety has always been a serious problem, the world has a lot of lithium-ion battery safety accidents, so it is necessary to carry out detailed research.

This paper uses 18650 lithium ion battery as a detailed study of the object, its electrochemical modules and thermal modules in depth discussion. The parameters of the electrochemical module are taken as examples. The heat module is used as the platform to construct the thermal abatement model. The effects of charge and discharge rate, current and heat transfer coefficient on the electrolyte salt concentration, electrolyte Potential and battery temperature changes. The effect of charge and discharge magnification and current is similar, and the influence of heat transfer coefficient is opposite to that of the former. The thermal management system of lithium ion battery can be designed and optimized according to the conclusion.

Keywords:Lithium ion battery；Electrochemical parameters；Thermophysical parameters

目录

摘要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1研究背景 1

1.2 研究意义 2

1.3国内外发展现状 3

1.4COMSOL Multiphysics软件工作原理和方法 7

1.5现有研究中的不足 8

第二章 锂离子电池的电化学模块和热模块 9

2.1内部结构、工作原理 9

2.1.1锂离子电池内部的结构特点 9

2.1.2工作原理 10

2.2热管理系统介绍和产热原理 11

2.2.1热管理系统介绍 11

2.2.2产热原理 11

2.2.3传热特性 12

2.2.4温度特性 13

2.3电化学模块 14

2.3.1电荷守恒 14

2.3.2锂离子质量守恒 15

2.2.3能量守恒 15

2.3.4反应动力学 16

第三章 模型建立和结果处理 17

3.1模型之间的关联、软件建立需要的模型 17

3.1.1一维模型和二维模型的关联 17

3.1.2模型建立 17

3.2结果处理 18

3.2.1充放电倍率的影响 18

3.2.2电流的影响 22

3.2.3传热系数的影响 26

第四章 总结 30

参考文献 32

致谢 34

1. 绪论

1.1 研究背景

现今世界环境被污染得越来越糟糕，并且招致节能减排这个任务也使人们感觉到责任越来越重大，因此缘由，科研人员尝试着将能源转型，想要开发出其他类型的新型能源，其中，有一种新型的储能电池在上个世纪的70年代的时候被广大科研人员逐渐地发展起来了，它被称之为锂离子电池。之后的一段时间内它越来越受到科研人员的关注。

锂离子电池的特性有很多，比如说它的能量很高，其使用寿命也长，能耗非常地低，与以前的传统电池相比完全没有记忆效应,当不使用的时候它的自身放电很小，电池内部的内阻小，并且性价比很高，对环境的污染小^[1]等优点，受到广大科研人员的关注，也因此受到国家“十二五计划”的支持。

有许多科研人员在上个世纪80年代左右的时候，就对电池的热模型进行了详细的分析研讨。锂离子电池的热特性和它的安全性这两方面在锂离子电池被研发出来以后，就被全世界的科学家和商业圈密切地关注着。随着科研人员对锂离子电池热模型不停地进行专研，许多模型已经被开发出来了，依据模型的空间维度可以分为三个模型，分别是：一维模型，二维模型，三维模型^[2]。依据模型的原理亦可分为三个模型，分别是：热滥用模型，电-热耦合模型，电化学-热耦合模型^[3]。把锂离子电池进行多种类型更加细致的分类，可以让我们把它的特性也研讨得更加透彻。

温度对于锂离子电池来说，在各个方面的性能都有或多或少的影响，其中安全性尤为重要。锂离子电池的热模型作为研讨锂电池内部温度分布和温度波动状况的最基础的手段，在世界各国都受到了科研人员很高的重视。美国、日本等许多科研人员对此都有着深化的专研。

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