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正極發生的副反應首先會直接引起正極活性物質損失，正極CEI膜增厚也會導致電池內阻增長，而正極溶解的過渡金屬離子還會進一步在負極沉積，加速SEI膜生長，造成可用鋰離子損失。負極的析鋰和SEI膜副反應均消耗鋰離子，將造成可用鋰離子損失，同時生成的副反應產物會造成負極孔隙率下降，進一步導致負極活性物質損失和內阻增加。電解液消耗副反應會導致電池內阻急劇增加，但反應的具體機理目前仍未清楚。

一、 陽極分析眾所周知，吉野彰博士在鋰離子電池的商業化應用中做出了重大貢獻，他采用碳材料代替金屬鋰作為鋰電池的負極。正極材料沿用時下廣泛應用的鈷酸鋰（LiCoO2）。用于鋰離子電池負極的碳材料使用的是一種將鋰嵌入層狀碳中的化合物，稱為石墨插層材料。通過充電，鋰離子從正極LiCoO2上脫附，隨后嵌入層狀碳中生成LiC6即石墨插層材料(相反的過程發生在放電時)。

本文綜述了COMSOL Multiphysics在電解質、正極、負極、界面和電池組等不同尺度研究中的應用，如圖9所示：在微觀尺度上，是以納米和微米顆粒來建模并分析其中的物理問題，如正極材料內的離子/電子的擴散、空間電荷層的分布、SEI的電場分布、顆粒內的電化學應力等問題；在介觀至宏觀的空間尺度上，是以微型電池和電池內部組件(正極、電解質、負極)來建模，該尺度上涉及包括鋰離子的通量分布、鋰枝晶的生長、

探究電池制造工藝對電極結構的影響，并建立電極微觀結構與鋰離子電池整體電化學性能的關系，以此為基礎對鋰離子電池制造工藝流程進行優化設計顯得尤為重要［8］，圖1所示為鋰離子電池從電極材料選擇到整車系統設計的多尺度處理和仿真示意圖。

來源 | Journal of Energy Storage 01背景介紹 鋰離子電池在電壓、能量密度、自放電率和循環壽命方面與其他儲能電池相比具有不可替代的地位，廣泛應用于電動汽車和儲能系統中。隨著電池材料和結構的發展，鋰離子電池的能量密度也在不斷提高。

鋰離子電池作為電化學儲能的載體，在使用過程中不斷發生化學反應，導致鋰離子電池的內部結構和外部形狀發生變化。鋰離子電池在多次充放電循環過程中，一系列的物理化學變化會在電池內部形成壓力效應。鋰離子電池膨脹分為可逆膨脹和不可逆膨脹：鋰離子的嵌入和脫嵌導致電池材料的膨脹與收縮引起的可逆膨脹；不可逆的反應沉淀物導致電池電極體積增加永久膨脹。

鋰離子電池 P2D 模型2.1 P2D 模型的理解與分析2.2 COMSOL 中電池 P2D 模型構建2.2.1 模型參數輸入2.2.2 模型構建及模型材料設置2.2.3 電池物理方程及參數設置2.2.4 網格劃分與求解器設置2.3 電池典型充放電過程仿真及后處理技巧 3.

但是鋰離子電池循環壽命短的問題制約了電動汽車的應用與推廣，所以有必要對鋰離子電池循環壽命的影響因素進行分析，同時對鋰離子電池的健康狀態(SOH)估計進行評估，對其壽命進行預測，對系統安全、防止災難事故有著重大意義。

鎳鈷錳酸鋰（Li（NiCoMn）O2）（LiNiCoMnO2），這是一種由鎳、鈷、錳三種金屬氧化物與鋰結合制成的鋰離子電池三元正極材料。鎳鈷錳酸鋰結合了其它材料的優點，如LiCoO2良好的循環性能、LiNiO2的高比容量、LiMnO2的高安全性及低成本，被認為是動力電源的理想選擇。

Ecopro計劃到2027年，全部電池材料中，可內供33%的鎳、33%的前驅體和26%的鋰。在正極材料業務內，回收利用12%的鎳、20%的鈷和10%以上的鋰。北美正極材料合資企業的年產能預計為19萬噸。歐洲29萬噸，韓國為12萬噸的規模。另一方面，Ecopro預計集團公司整體電池材料業務和環境業務的今年銷售額將達到上市公司合計基準5.5萬億韓元（約297億人民幣）以上。

在主動冷卻過程中，電池模組的熱量通過空氣或液體排出。而通過相變材料(PCM)冷卻是被動冷卻。PCM優于空氣和液體熱管理系統，因為它不需要風扇、泵和連接等電氣機械設備。 為了提高鋰離子電池的安全性，了解它們在高溫下的行為至關重要。因此本文在不同的條件下，研究了不同條件下鋰離子電池的主動和被動冷卻的熱管理效果。

03從材料研發到失效分析熱分析技術的應用貫穿鋰電池正極材料的全生命周期：· 研發階段：篩選高熱穩定性材料體系（如LFP vs NCM），評估摻雜/包覆改性效果；· 工藝控制：監控煅燒終點、洗滌效率及干燥殘留；· 安全評估：測定不同SOC下的熱失控溫度，建立安全使用窗口；· 失效診斷：對比循環老化前后材料的熱行為變化，追溯容量衰減或產氣根源。

在主動冷卻過程中，電池模組的熱量通過空氣或液體排出。而通過相變材料(PCM)冷卻是被動冷卻。PCM優于空氣和液體熱管理系統，因為它不需要風扇、泵和連接等電氣機械設備。 為了提高鋰離子電池的安全性，了解它們在高溫下的行為至關重要。因此本文在不同的條件下，研究了不同條件下鋰離子電池的主動和被動冷卻的熱管理效果。

因此，一個優秀的電池熱管理系統(BTMS)對于保證鋰離子電池安全高效的運行狀態是非常必要的。 根據冷卻策略的不同，BTMS可分為被動冷卻系統、主動冷卻系統和被動與主動相結合的混合系統。在被動冷卻系統中，沒有任何額外的功耗，但它們也不能控制冷卻系統來改變冷卻速率。在鋰離子電池表面實施特殊的材料或散熱結構，以實現電池與外部環境之間的高傳熱能力。

在充放電循環性能測試中，采用CPCM薄膜后，鋰離子電池的最高溫度降低了約2℃。這一探索在刺激相變材料的發展方面展現出巨大的潛力，并為鋰離子電池熱管理提供了一種新技術。

因此亟需深入理解鋰離子電池熱失控演變機制，并提出早期預警策略以防止火災爆炸事故的發生。導致電池熱失控的根源，是電池內部一系列復雜且相互關聯的“鏈式副反應”。最具代表性的鏈式反應包括：外部電、熱、機械濫用→內部產熱→SEI膜分解→負極與電解液反應、產氣→隔膜熔化→內部短路→安全閥開啟→正極與電解液反應、產氣→電解液分解、產氣→電解液、氣體燃燒→起火爆炸！

采用了電化學耦合，仿真得到鋰離子電池的溫度場變化結果，如圖1所示：</p><p><img src="https://img.jishulink.com/upload/202301/2c7daef201a7459f8fbc87479a9f1f43.gif" alt="Untitled1.gif"></p><p class="ql-align-center"><strong>圖1 鋰離子電池充放電期間的溫度場分布

鋰離子動力電池的性能和壽命在很大程度上與工作溫度有關，通常最佳工作溫度在 15～40℃，溫差低于 5℃。在充放電過程中電池自身產熱會導致溫度上升，適當的散熱冷卻技術可以減少溫度對電池組的負面影響，提高動力電池的效率和安全性，降低老化率，延長使用壽命。車用鋰離子動力電池散熱系統冷卻方式主要有：風冷、液冷、相變材料(PCM)冷卻、熱管(HP)冷卻等。

在低于此范圍的溫度下，電解質中的離子電導率會顯著降低，從而導致功率輸出降低、鋰電鍍和隨后的電池退化，而在更高的溫度下，加速的放熱反應會導致電池材料腐蝕、整體電池退化，并在 80°C 以上的溫度下導致熱失控。除了將溫度保持在一個狹窄的工作范圍內，保持電池單元或模塊內的最大溫差較低也很重要；<5°C 的值是電池內推薦的最大溫差。

鋰離子電池（LIB）由于具有高能量容量、低自放電率和無記憶效應等優點，被廣泛用作電動汽車的儲能系統。然而，溫度嚴重影響鋰離子電池的容量和壽命。較低的溫度可能導致電池退化，而較高的溫度可能引發熱失控，從而造成安全隱患。當前，對BTMS的研究根據冷卻方式主要分為風冷、液冷、相變材料（PCM）冷卻等三大類。風冷具有結構簡單、易于封裝、維護成本低、能耗低等特點。