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鋰沉積產生的應力、厚電極中的極化、SEI的形貌演化和鋰離子的擴散和遷移等問題；在更宏觀尺度上，是以電池組來建模，分析電池熱膨脹、電池熱失控、電池散熱系統、電池壽命的估算以及電池安全檢測等問題。

文章來源：2022 第五屆LS-DYNA技術論壇視頻鏈接：LS-DYNA中鋰電池的電化學-熱-結構耦合擠壓、針刺模型技術校對：董驍， Ansys高級應用工程師；整理編輯：俞琴

image_process=/format,webp/resize,w_219" alt="基于comsol的鋰電池疊片電化學耦合熱分析的圖1" width="219"></span></p><p>鋰電池針刺實驗</p><p>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;針刺實驗正是為了模擬鋰離子電池內部短路的情況而設計的安全測試，下圖為日本早稻田大學的Tokihiko Yokoshima等人采用計算機斷層掃面技術得到的鋰離子電池在針刺全過程

為進一步提高鋰離子電池的綜合表現，探究鋰離子制造工藝參數與電極微觀結構以及電池整體電化學性能之間的相對關系，基于此建立對應的模型化表達已成為目前行業的研究熱點之一［3-4］。近年來學界對鋰離子電池單體、模組、電池包及整車系統的宏觀仿真模擬發展已趨于成熟［5-6］，但在微觀尺度下依據鋰離子電池各制造工藝機理進行建模并探究對電池性能影響的研究仍在起步階段［7］。

3.3 預測方法對比分析 綜上所述，基于經驗的方法雖然方法簡單，但是精度低，太過依賴經驗知識，只適用于特定場合；在基于性能的方法中，模型法可以很好反映電池物理和電化學特性，但是存在建模困難的問題，數據驅動法僅需要電池健康狀態信息就可預測電池剩余壽命，但是受數據不確定性的影響，適應性較差，融合型技術法是未來鋰離子動力電池壽命預測的重要手段，

此外，如果較小的溫度變化沒有對電池 的化學性質產生嚴重影響，則基于電池的平均溫度，使用集總模型來描述電池的化學 性質幾乎不會對其中具體的細節產生影響。&nbsp;</p><p>本案例模擬充放電循環期間以及隨后松弛階段的鋰離子電池。集總電 池模型用于對電池單元化學性質進行建模，二維軸對稱模型用于對電池溫度進行建模。

鋰離子電池電化學-熱耦合模型3.1 P2D 電化學模型與電池熱模型耦合3.2 電池集總參數模型及其與電池熱模型耦合3.3 兩種電池電(化學)-熱耦合模型的區別及應用場景3.4 圓柱形或方形鋰離子電池建模及仿真演示 (二選一)4.

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。

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。

02 成果掠影 近期，路易斯維爾大學機械工程系Sam Park教授團隊提出了一種電動汽車快速充電循環下鋰離子軟包電池的優化冷卻和熱分析方法。本研究使用多域建模方法對采用 1P4S 配置（1 個并聯和 4 個串聯電池）的商用 65 Ah 軟包電池進行熱分析。

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)。

在交通運輸領域，以電池為動力的零排放汽車正在迅速取代傳統的內燃機汽車。由于鋰離子電池自放電率低、能量密度高、體積小、無記憶和使用壽命長，因此鋰離子電池被廣泛應用于混合動力汽車和電動汽車。研究也證明，鋰離子電池在20至40 ℃的溫度范圍內有效工作，電池性能最佳。 然而，在快速充電或車輛爬坡時，會產生大量的熱量。

在交通運輸領域，以電池為動力的零排放汽車正在迅速取代傳統的內燃機汽車。由于鋰離子電池自放電率低、能量密度高、體積小、無記憶和使用壽命長，因此鋰離子電池被廣泛應用于混合動力汽車和電動汽車。研究也證明，鋰離子電池在20至40 ℃的溫度范圍內有效工作，電池性能最佳。 然而，在快速充電或車輛爬坡時，會產生大量的熱量。

鋰離子電池因其能量密度高、自放電率低、維護要求低、循環壽命長、重量輕、結構緊湊等特點，是目前電動汽車使用最廣泛的電源。然而，鋰離子電池的性能受工作溫度的影響很大。鋰離子電池理想的工作溫度范圍為25 ~ 40℃，不同電池之間的最高溫差小于5℃。在低溫或高溫環境下工作都會導致電池性能下降，壽命縮短，甚至熱失控。

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。

關鍵詞：鋰離子電池；風冷散熱系統；溫度；溫差；混合冷卻系統 隨著環境污染與能源緊缺問題加劇，世界各國加大了電動汽車的研發力度，而動力電池作為電動汽車的動力來源，受到各國政府和主要汽車制造廠商的重點關注。鋰離子電池具有比能量高、循環壽命長、自放電率低、無污染排放等特點，成為目前電動汽車首選的動力電池體系。

多物理場電池擠壓和針刺采用分布式等效電路模型，可以模擬電池的局部短路，模型中電池電的輸入參數和熱的輸入參數與fluent可以共用。 8月將舉辦第二期：LS-DYNA鋰電池結構仿真應用介紹，敬請期待！

針對鋰電池行業電池小型化的特點和電解液漏液濃度低而不易檢測等技術挑戰，將PID（Photo-Ionization Detector光離子化檢測器）技術應用于鋰電池VOC氣體快速檢測，為用戶提供了有效的鋰電池漏液檢測產品。目前PID技術在鋰電池漏液檢測方面已經得到了業內的一致認可和大規模推廣。

鋰離子電池作為一種能量存儲單元，被廣泛用作電動汽車的動力源，以實現快速加速和長里程的目標。 鋰離子電池的性能、壽命和安全性與其工作溫度密切相關。鋰離子電池的合適工作溫度范圍在20℃至40℃之間，電池組的最大溫差應在5℃以內。在低溫下，由于電化學反應速率降低和副反應（例如鍍鋰），鋰離子電池的性能顯著惡化。