锂离子电池生热机理分析

锂离子电池发生充放电反应时，随着化学反应的发生，内部的锂离子不停的在正负极之间移动，这个过程伴随着吸热和放热，以放热为主。车辆行驶过程中锂离子电池生热主要由四部分构成:反应热Qr、极化热Q}、焦耳热Q，和副反应热Q:。电池产生的总热量公式为:

Q=Qr+Qp+Qj+Qs

其中，Qr一一反应热，单位为W，表示由于化学反应而产生的热量，且充电过程是吸热反应，放电时是放热反应;Qp一一极化热，单位为W，因为电池在充放电过程中被极化，电池的平均电压会与开路电压有一定的差值，由于电池压差导致电池生热，充放电过程中都为放热现象;Qj一一焦耳热，单位为W，这是由于电池本身存在焦耳电阻而产生的热量，充放电过程中都为放热;Qs一一分解热，单位为W，因为电极偶尔会存在自放电现象，导致电极分解生热，但是热量很小，常常忽略不计。

( 1)反应热Qr

电池内部发生的电化学反应是可逆的，锂离子在正负极间嵌入/脱嵌的过程会伴随着热量的变化。充电过程中，反应热为负值;放电过程中，反应热为正值。反应热的计算公式总结为:

Q,-=Q/<F x 3600x I)

或Qr=nMQI / mF

其中，Q为电池内部电化学反应时正负极产生的总热量，单位为J; F为法拉第常数，F=96484.5C/ml I为充、放电过程中电流大小，单位为A; n为电池数量;m为电极质量，单位为g;M为摩尔质量，单位为g/mol。

(2)极化热。，

锂离子电池充放电过程中常常伴随产生极化内阻，这个现象主要是由欧姆极化、浓差极化和电化学极化引发的。当电流流经电池时，极化内阻会导致一定的压降，并生成一部分热，极化反应热计算公式如下:

Qp=I2Rp=I2(Ro +Rn +Rd)  

其中，I为电池充·放电时电流大小，单位为A; R，为电池极化内阻值，单位为。;R。为欧姆极化内阻，单位为。;R。为浓度极差内阻，单位为。;R、为电化学极化内阻，单位为。。

(3)焦耳热。，

电池产热最主要的热量来源是焦耳热。焦耳热主要是由于电流经过电池的极柱、电解液、隔膜等存在电阻的地方，因焦耳效应发出的热量，其在充、放电过程当中均为放热反应。计算公式为:

Qj=I2RΩ

、放电时电流的大小，单位为A; RΩ为单体电池的欧姆内阻，单位为Ω。

(4)副反应热Qs

锂离子电池在过充和过放条件下均会发生副反应，其产生过程伴随着热量的产生，称之为副反应热。副反应热的产生原因主要有两个:电池自放电现象引起的电极材料的分解;高温条件下电解液的分解。但由于电极材料和电解液的分解所产生的热量很少，可以忽略，并且过充和过放的工况很少发生，所以副反应热经常忽略不计。

有研究显示，温度低于70℃时，反应热Qr很少，相对焦耳热和极化热，仅占1%左右;但当温度超过70℃后，反应热增长速度加快，成为热量的主要来源。电池PACK中如果加装了合理的热管理系统，其电池工作温度远小于70℃，认为反应热可以忽略不计。此外，副反应热Qs相较于其它三部分产生的热非常小，在计算中也可忽略不计。总的来说，锂离子电池充、放电过程是一个的可逆的过程，表现出明显的放热效应。