快充方式下考虑热辐射效应的锂离子电池热-力耦合分析

锂离子电池充电过程中温升引起的热失控和过大的体积膨胀是电池爆炸、循环性能降低的主要原因.同时,充电效率低下使得充电时间过长.为了提高充电效率并弄清锂离子电池充电过程中的温度和应力分布,建立了快充方式下考虑热辐射效应的圆柱型锂离子电池热力耦合模型.以18650锂离子电池为研究对象,比较了快充和恒流充电方式下的充电效率、温度和应力分布,探讨了初始温度、对流换热系数和热辐射系数对充电过程中电池温度、径向应力和环向应力的影响.数值结果表明:快充在电池温度和应力服役范围内减少了充电时间,充电效率提高了20.8%;降低初始温度、提高对流换热系数或提高热辐射系数3种方案均可有效降低充电过程中锂离子电池的温度.

具有表面效应的球形纳米电极颗粒中的反应-扩散-力学全耦合分析

表面效应在纳米电极颗粒中占有主导地位,论文首先建立了锂离子电池充放电过程中考虑表面效应的反应-扩散-力学全耦合模型;然后对比了有无表面效应对锂离子浓度、径向应力和环向应力的影响;最后探讨了反应系数和尺寸效应对浓度和扩散诱导应力的影响.数值结果表明表面效应随着充电时间的增加逐渐减小直至充电结束趋于稳定;表面压效应对本模型的浓度无影响但抑制了扩散诱导应力的增加;较慢的化学反应和较小的纳米电极颗粒尺寸可抑制电极应力的增加.