鋰離子電池結(jié)構(gòu)及其產(chǎn)熱機(jī)理分析概述1.1鋰離子電池結(jié)構(gòu)與工作原理鋰離子電池的主要結(jié)構(gòu)是由電池正極、電池負(fù)極、隔膜、電解液和連接部件等組成。本文以軟包鋰電池模組作為研究對象。鋰電池的正負(fù)極材料一般都是活性材料，正極材料一般含有多種金屬氧化物，其中性能較好的有鈷酸鋰、鎳酸鋰和磷酸鐵鋰等，負(fù)極材料一般采用多維石墨、硅碳復(fù)合材料等。軟包鋰離子電池有內(nèi)阻較小、安全性能強(qiáng)、重量較輕等優(yōu)點(diǎn)。軟包鋰離子電池的實(shí)物如圖2.1所示。圖2.1軟包鋰離子電池鋰電池的工作原理如圖2.2所示。正極在充電過程中產(chǎn)生鋰離子，從正極穿過電解液來到負(fù)極，然后鋰離子就會鑲嵌進(jìn)負(fù)極電池的微孔之中。圖2.2鋰離子電池工作原理充放電時(shí)的化學(xué)反應(yīng)方程式為：充電時(shí)正極發(fā)生的反應(yīng)是：LiMOm→Li充電時(shí)負(fù)極發(fā)生的反應(yīng)是：Cn動力鋰電池在電池放電工作時(shí)，鑲嵌在負(fù)極小孔中的鋰離子將會脫離開，再次遷移到鋰離子電池的正極。放電時(shí)正極發(fā)生的反應(yīng)是：Li1?x放電時(shí)負(fù)極發(fā)生的反應(yīng)是：Lix1.2鋰電池的產(chǎn)熱機(jī)理鋰離子在充電、放電的過程中會出現(xiàn)大量的化學(xué)反應(yīng)，這些化學(xué)反應(yīng)一定會出現(xiàn)吸熱和放熱現(xiàn)象。有研究表明，鋰電池的產(chǎn)熱主要分為三個(gè)方面。第一是在正負(fù)極有鋰離子運(yùn)動造成的；第二是在鋰離子克服內(nèi)部電阻做功時(shí)造成的；第三是因?yàn)樵趦?nèi)部有相互反應(yīng)的材料造成的熱量。因此，鋰電池在充放電的過程中主要產(chǎn)生這四種熱量：反應(yīng)熱、極化熱、焦耳熱和副反應(yīng)熱。產(chǎn)熱總量為Q。則Q的表達(dá)式可以寫為：Q=Qr反應(yīng)熱Qr鋰電池的反應(yīng)熱之所以也可以叫做逆反應(yīng)熱是因?yàn)橛苫瘜W(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的熱量是可逆的。反應(yīng)熱是鋰離子在正極和負(fù)極間嵌入和脫離所造成的熱量。并且其充電過程時(shí)為“+”，其放電情況下為“-”。表達(dá)式如（2.6）所示：Qr其中，n是電池單體的數(shù)量；m是電極的總質(zhì)量；Q是反應(yīng)熱；F是法拉第常數(shù)。焦耳熱Qj焦耳熱不同于反應(yīng)熱，它是不可逆的熱量。電流在經(jīng)過一些帶有歐姆內(nèi)阻材料時(shí)會產(chǎn)生熱量，所以焦耳熱也可以叫做歐姆熱。其表達(dá)式如（2.7）：Qj其中，RO是電池是歐姆內(nèi)阻。極化熱Qp極化熱是由于充放電情況下產(chǎn)生了電流，導(dǎo)致電池在電極位置產(chǎn)生了高低電位影響了原有的電位平衡所造成的熱量。為了簡化計(jì)算，我們假定一個(gè)極化內(nèi)阻Rp，極化熱Qp用極化內(nèi)阻產(chǎn)生的熱量來代替，其表達(dá)式為：Qj副反應(yīng)熱Qs我們一般忽略副反應(yīng)熱的值，由于它一般比較小。有研究證明，由于反應(yīng)熱占比例非常小，所以也可以忽略不計(jì)，所以生熱量表達(dá)式可以簡化為：Q=Qp1.3鋰電池的傳熱特性通過了解到，根據(jù)學(xué)習(xí)了傳熱學(xué)的相關(guān)理論知識，知道三種傳熱方式分別是：熱傳導(dǎo)、熱對流、熱輻射。由于動力電池模組在工作時(shí)會導(dǎo)致內(nèi)部與環(huán)境溫度出現(xiàn)溫差，那么根據(jù)熱力學(xué)第二定律可以知道，有溫差的存在就會出現(xiàn)熱量的轉(zhuǎn)移。熱傳導(dǎo)直接接觸的不一樣溫度物體之間，或者相同物體不一樣溫度的各個(gè)部分之間，物質(zhì)在沒發(fā)生相對位移時(shí)，由微觀粒子在微觀層面的熱運(yùn)動來傳遞熱量的過程。熱對流流體中有