電極產(chǎn)熱分析可逆熱為化學反應熵變引起的熱量變化，不可逆熱包括歐姆熱與極化熱，為了分析正負極的產(chǎn)熱規(guī)律，在模型中正負極對應的位置設置探針，提取各種產(chǎn)熱數(shù)據(jù)。通過仿真模型計算得出恒溫箱溫度為25℃時不同倍率放電的可逆熱與不可逆熱功率曲線，如圖5所示，其中圖5(a)～5(c)為可逆產(chǎn)熱曲線，圖5(d)～5(f)為不可逆產(chǎn)熱曲線。由圖5(a)～5(c)的可逆產(chǎn)熱曲線可以看到負極產(chǎn)熱曲線在放電時為負值，表示吸熱，且吸熱率與放電倍率成正比，2C放電最大放熱率約為0.5C時的4倍；正極產(chǎn)熱曲線只在0.5C放電前期的一段時間內(nèi)為負值，因此時電流較小，放電初期已消耗易發(fā)生反應的化學物質(zhì)，放電初期的放熱不足以為化學物質(zhì)的持續(xù)反應提供能量，故出現(xiàn)可逆吸熱反應以使后續(xù)的放電順利進行，其他倍率放電期間皆為正值，2C放電正極的最大放熱率約為0.5C時的2倍。圖5(d)～5(f)為不可逆產(chǎn)熱曲線，負極不可逆產(chǎn)熱遠大于正極不可逆產(chǎn)熱，1C放電時負極不可逆產(chǎn)熱率約為0.5C放電的2倍，2C放電時約為0.5C的8.5倍。正極因其歐姆內(nèi)阻與極化內(nèi)阻較小而產(chǎn)生較少不可逆熱，正極反應引起的熵變較大而導致可逆熱較大。負極鋰離子脫出需要吸收的熱量表現(xiàn)為可逆熱吸熱，由于負極存在較大歐姆內(nèi)阻與極化內(nèi)阻，所以產(chǎn)生大量不可逆熱。

圖5 25℃時電極的可逆熱與不可逆熱

溫度場分布當空氣沿著y軸的相反方向流動，流速為0.1m/s，恒溫箱溫度為25℃，2C放電時，模型的溫度場與經(jīng)過電池中心的沿流場方向的溫度場切面圖如圖6所示，可以看到氣流主要對電池后側空間的溫度場產(chǎn)生影響，且電池后側的溫度場隨電池溫度增大而增大，在放電結束時，電池附近弧形區(qū)域溫度上升8K，在電池后側的模型邊界處溫度上升約4K。放電結束時電池溫度場與電池的切面溫度如圖7所示，電池的正極極耳與負極極耳的溫度為308.7K，氣流先接觸到的電池表面為307.46K，電池其余部分溫度處于307.7K附近，即電池正負極極耳處溫度最高，與氣流相對的電池表面溫度最低。

圖6 溫度場與切面溫度分布

圖7 放電結束時電池溫度場與電池切面溫度分布

 結 論

不同溫度及不同倍率下的放電實驗，并建立三維電化學-熱耦合模型，仿真結果與實驗結果具有良好的一致性，模型準確性得到驗證，在此基礎上進行正負極產(chǎn)熱分析與電池溫度場的研究，有以下結論。

（1）相同溫度下，放電電流對電池溫度影響極大，0.5C放電時電池溫升1.7℃，1C放電時電池溫升為3℃，而2C放電時溫升達到9℃。0.5C倍率放電時，25℃與40℃環(huán)境下電池溫升接近，0℃與-25℃時溫升接近，約為3℃。

（2）電池產(chǎn)熱量與放電倍率成正比，正極熱量主要表現(xiàn)為可逆熱放熱，而負極同時出現(xiàn)較高的可逆熱吸熱與不可逆熱放熱。在模擬恒溫箱25℃進行2C放電時，正極可逆熱產(chǎn)熱約為11000W/m3,不可逆產(chǎn)熱約為700W/m3，負極可逆吸熱在23000W/m3附近，不可逆產(chǎn)熱率放電中期時約為11000W/m3，放電末期逐漸上升至23000W/m3。

（3）25℃環(huán)境溫度進行2C放電，在放電結束時，受空氣流動方向的影響，電池后側空間溫度明顯升高，在距離電池50mm處的空間內(nèi)仍有約4℃的溫升。以電池單體為研究對象，電池正負極極耳處的溫度最高，與氣流正對的電池表面溫度最低，兩部分相差0.61℃。

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