本科生毕业设计：锂电池的热

锂电池的热分析华中科技大学能源与动力学院指导老师2015年1月10日研究背景特斯拉电动汽车热管理的重要性电池性能变差：包括有效能下降（材料发生变化）和功率下降自放电问题：自放电发生在不使用的时候，温度上升会增加自放电，对锂电池而言，自放电会导致过放电，对电池产生不可逆的破坏

热失控：当温度增高时引发的变化使温度更进一步的增高，产生恶性循环，因而导致某一种破坏性的正反馈结果。锂电池的最佳工作温度：20~40℃温度过高会有的主要问题：温度过低会有的主要问题：温度过低也会影响到电池的性能，尤其对于需要适应各种环境的汽车电池而言，低温下的表现十分重要锂电池的结构正极：钴酸锂锰酸锂负极：石墨集流体：一般用铜或者铝隔膜：高分子材料电解液：碳酸酯类溶剂负极石墨都是颗粒状，热导率非常低目前研究的现状Berrnardi等通过假设电池内温度一致描述了能量平衡。Doyle等发展了在各向同性条件下锂/高分子聚合物/植入型电池行为的微观模型集总参数模型（LumpedCapacitanceMethod）二维模型坐标系变换极坐标转换成直角坐标正方体电池模型圆柱体模型同心圆柱体模型…认为轴向没有影响模型建立层数12345678材料高分子钴酸锂铜钴酸锂高分子石墨铝石墨厚度比例14141414热导率0.31.24001.20.31.02371.0阿基米德螺线二维模型参数选择重点是内热源的选择：几何尺寸选择以实际为基础，数据取整使计算简单内热源的不均匀性内热源来源：焦耳热和反应熵变热有电流流过的地方就有电极反应的地方

根据已有文献，整个平均过程中两部分作用大致相同

绝缘电极集流

模拟过程网格结果：采样点选取：整个模型的计算时长在十分钟以内只研究平面，认为轴向没有影响，只有外边界有对流条件，其余部分认为绝热取坐标轴上的点并不影响同时取样点避开边界：在计算时并不选择最内层和最外层的点采用稳态热分析模块结果分析：温度分布温度分布特点与圆柱模型分布相似稳态温差并不大（2.52℃）热点在最内一层上结果分析：热流分布热流分布热流分布特点不同材料间热流差距大方向差异明显总热流先增后减极值点与层厚有关，受边界条件影响改变几何尺寸由于过小的尺寸会影响计算造成无法网格化或者无法计算，因此不改变每层的厚度，改变层数以达到改变几何尺寸的结果温度随层数的变化：随温度上升，整体温度与温差都会上升最值温差N=8N=11N=20N=15热流总体趋势不发生大变化：先增加后减小热流的波动随几何尺寸增加而增加热流大小略有增加法向和切向热流随几何尺寸的变化改变表面对流换热系数

右图表示在正常工作条件下电池温度（沿半径取三个采样点）随h增大的变化

改变物性温差最高与最低温度温度分布随热导提高趋于平缓，温差下降明显热导率如果可以提高10倍到4W/m.K是比较理想的温度变化热导率发生改变时（由于热性质相近，隔膜与电极材料放在一起考虑）热流方向变化增大电极材料及隔膜的热导率，计算径向与非径向热流的变化随着热导率增加：集流器热流大小变小集流器热流方向向法向偏移电极材料与隔膜的热流基本不发生变化

如何主改变常用击的方抽法：完掺杂复合艘材料要热导祸率模政型对于促掺杂贞后复稀合材略料热潮导率秒的的保计算冠有三肝种模拾型:使用春掺杂晓的方罗法达虚到所壤需的糊热导体率需粮要50饺%以上渐的石倡墨烯演，对银电极皮材料棵会产依生影丹响结论晶：常滚规的愿复合丛的方纹法不宏太现渐实另外痛的方妙法：拘改变政电极墙材料物自身谁的热双导、艳高分即子导病热材拢料应锣用等其中Th域e数li崇ne锈ar津R罩ul差e多of姐M籍ix咸tu艇re较s和Th日e剥in辽ve咸rs寺e循Ru躬le压o水f龟Mi迅xt卡ur杀es要求旦材料池连续艇性良有好，抢电极叠材料作显然喂不符哗合条德件电极弟材料妙复合扎石墨驻烯对事热导台率的像影响总结影响远电池杀热分阵布的宽三个少条件榨：表面仁对流专换热笛系数秋可风以影响走温度点大小俱，不尺影响蚊温差浓与热律流分另布常用旁的方异法就杂是采摄用水者冷或馅者抽晓气风冒冷的兄方式土，如牛特斯蛾拉使能用铝岔管冷短却，洋管内熄装有晋冷却赔液材料摸热导久率留效果麦最好慈，可帜以有效含展平鹿温度里与热护流分纵布掺杂立效果睬有限湾，而漆且会夕影响参电极信材料捉的表荒现电池皮的几挨何尺晕寸减小村尺寸悲可以智降低韵温度惧缩小脾温差缓，考旺虑到撇实际辜应用狮电池却尺寸小的可优调性秧不大因此通综合忘考虑份，寻挖找一端种新恩的方尚法提顿高电擦极材蜂料和负高分捎子隔遵膜的随热导脸率是侦未来耻热管电理的屈一个滥重要滤方向特斯酷拉电纵池热混管理董系统谢谢感谢键老师在整包个设萍计过羡程中酷给予拒的指讯导感谢碌答辩秩委员剥会的钟全体而老师乱的指薯导Ba消ck序up查S芹li贿de肺s加入常中心仇对流乞条件在中僚心加斤入表躺面对盲流换进热