LiFePO4電池結(jié)構(gòu)可簡化為陽極極耳、含電解液的陽極集流體、陽極膜片、隔離膜、含電解液的陰極集流體和陰極極耳。電極隔膜和分離器由陽極膜片、陰極膜片和隔離膜組成。隔離膜中的聚合物骨架不導(dǎo)電子，電化學(xué)反應(yīng)只發(fā)生在固體活性物顆粒與電解液交界面處，其反應(yīng)方程式為：
陽極：LixC6? Li0C6+ xLi++ xe-
陰極：Liy - xFe POC4+ xLi++ xe-? Fi0PO4
基于 Newman 的多孔性電極理論的電化學(xué)模型，其中描述正負(fù)電極顆粒表面電化學(xué)反應(yīng)過程的Buter-Volmer方程為：
j0為交換電流密度，單位為 A·cm-2；η 是局部過電位，單位為 V；αc和 αa是正負(fù)電極電化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)移系數(shù)，取 0.5；F 為法拉第常數(shù)，數(shù)值為96485 C·mol-1；R 為理想氣體常數(shù)，數(shù)值為 8.314 J·mol-1· K-1。
交換電流密度表達(dá)式為：
k0為反應(yīng)速率常數(shù)；cs,max為材料最大固相鋰離子濃度；cs,surf為電極和電解液界面處鋰離子濃度。局部過電位表達(dá)式為：
?s為固相電勢；?1為液相電勢；Eeq為材料的平衡電位。
固相歐姆定律和液相歐姆定律分別為：
is和 i1分別代表固相電子電流和液相離子電流；σseff和 σ1eff分別代表固相和液相電勢；t+為遷移數(shù)。
鋰離子在固相中的質(zhì)量守恒方程用菲克第二定律描述為：
cs代表固相鋰離子濃度；Ds為鋰離子的固相擴(kuò)散系數(shù)；r 為球形顆粒的半徑。
鋰離子在液相中的質(zhì)量守恒方程用濃溶液理論描述為：
ε1為電極和隔膜中液相體積分?jǐn)?shù)；D1eff為電解液中的等效擴(kuò)散系數(shù)，用布拉格曼系數(shù)修正。
從左至右依次為熱積累、熱傳導(dǎo)和熱產(chǎn)生項(xiàng)。其中，電池電芯區(qū)域的產(chǎn)熱量主要包括可逆熱、極化熱與歐姆熱，依次為：
此外，極耳區(qū)域還存在由極耳的電阻所引起的歐姆熱，計(jì)算式為：
Itab為通過極耳處的電流；Atab為極耳的橫截面積，這里取極耳寬50 mm、厚0.3 mm；σtab為極耳自身材料的電導(dǎo)率，假定正極耳為鋁材料，負(fù)極耳為銅材料，電導(dǎo)率值參見表1電池電化學(xué)模型參數(shù)。經(jīng)過計(jì)算，求得正極耳的產(chǎn)熱率為 2.05×105W/m3，負(fù)極耳的產(chǎn)熱率為 1.29×106W/m3。
