Simulation of electrochemical-thermal behavior for a 26650 lithium iron phosphate/graphite cell
Simulation of electrochemical-thermal behavior for a 26650 lithium iron phosphate/graphite cell
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26650 磷酸铁锂/石墨电池的电化学热行为模拟
DOI：
10.1007/s11581-019-02906-9
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发表时间：
2019-08
期刊：
影响因子：
2.8
通讯作者：
Yang Hui
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Bei Xinwei;Liu Qiaoyun;Cong Jianwei;Liu Xiaomin;Yu Jiuhong;Yang Hui
结合二维热模型建立了P2 D电化学模型，并对商用2.3 Ah ANR 26650电池（包括阴极、阳极、隔板和集电器）进行了验证。分析了不同放电速率下电极表面Li+浓度的时空分布、Li+流出多孔活性颗粒的通量或局部电流密度、可逆/不可逆反应产热速率以及电池内部温度分布。结合相关的颗粒尺寸和孔隙率，系统地研究了阴极的临界厚度。结果表明，阴极的临界厚度随颗粒尺寸和孔隙率的增大而增大。为了达到最佳的电化学性能，在原始模型中可以估计ANR 26650电池的临界厚度为55 μm。结果表明，在多孔电极中，离子欧姆热占主导地位。碳率越高，不可逆热在生成热中的作用越显著。采用水冷板的电池热管理系统（BTMS）即使在很高的C倍率放电时也能有效地降低模块温度。
A P2D electrochemical model coupled with a 2D thermal model is built and validated for a commercial type 2.3 Ah ANR26650 cell including the cathode, anode, separator, and current collectors. The spatial and temporal distribution of Li+concentration on the electrode surface, the flux of Li+out of the porous active particles or the local current density, the reversible/irreversible reaction heat generation rate, and the temperature distribution inside the battery are analyzed at various discharge rates. The critical thickness of the cathode is systematically studied with the correlated particle size and porosity. It is indicated that the critical thickness of the cathode increases with the particle size and porosity. In order to achieve the optimum electrochemical performance, the critical thickness of the ANR26650 battery can be estimated as 55 μm in the original model. The results indicate that the ionic ohmic heat dominates the ohmic heat generation in porous electrodes. The higher the C-rate is, the more significant role the irreversible heat plays in the generation heat. A battery thermal management system (BTMS) with water cooling plate can lower the module temperature effectively even when it is discharged at a very high C-rate.
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