對于鋰離子電池的性能而言，熱管理是一項需要考慮的重要因素。您可以利用模擬和仿真來分析熱在能源內的傳遞，進而改進設計流程。

關注的原因

您可能經常聽到鋰離子電池這一術語，也可能沒聽過，不論情況如何，在您與他人的日常聯絡中，它發揮著積極的作用。這些重量輕，同時又可重復充電的電池常用于各類消費電子產品，包括筆記本電腦和手機。由于鋰離子電池的能量密度較高，它甚至開始用于工業及運輸業。

手機中的鋰離子電池（“NOKIA? 電池” – 圖片由 Kristoferb 拍攝。已獲得 Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 授權、通過 Wikimedia Commons 分享。）

隨著這類設備使用的增長，對其安全性的關注也日益提升。就像在之前一篇博客中所提到的那樣，去年，一架新型波音 787 夢想客機因鋰離子電池過熱而起火，所有夢想客機都因此被迫臨時停飛。《Design News》雜志去年也曾報道過三菱汽車內的鋰離子電池過熱問題（點擊閱讀該篇報道）。

這兩篇不同的頭條報道都提出了同樣一個問題 – 熱對鋰離子電池安全性和使用壽命的影響。

熱會如何影響鋰離子電池？

要回答這一問題，重要的一點就是要理解這背后的原因。

讓我們首先從電池的設計開始。 鋰離子電池由兩個電極和一個允許離子移動的非水電解質組成。充電時，鋰離子從陰極流過電解質，隨即被碳基陽極的晶體結構捕獲。放電時，過程會反轉，這些離子發生回流，并帶來反向電流為設備電路提供能源。

在這一類似電流流經導線的過程中，電解質產生內部電阻并帶來焦耳熱。設計鋰離子電池時，能夠快速消散這些熱非常重要，只有這樣，電池才不會達到會發生分解的高溫。正如在這份有關 模擬鋰離子電池的白皮書中所指出的那樣，分解反應會放熱，也就是說，一旦這一過程開始，溫度就會持續上升并加劇分解反應，這就是熱失控現象。熱的逸散就是一種潛在的火災危險來源。

通過模擬與仿真改進鋰離子電池設計

在 COMSOL Multiphysics 的幫助下，您可以觀察并更好地理解鋰離子電池內的溫度分布。在電池與燃料電池模塊中的三維柱狀鋰離子電池的傳熱模擬中，耦合了鋰離子電池的傳熱化學和離子流動。使用共軛傳熱接口研究了該三維鋰離子電池傳熱模型中的空氣冷卻。

傳熱模型的組成部分。

下面的模型顯示了經過 1,500 秒的充電后，電池溫度和流動的流線。最高溫度位于電池活性材料中，越靠近熱絕緣端的溫度越低。因此，電池中的該區域更容易發生老化和降解。

鋰離子電池中的溫度分布。