Technical Papers and Presentations

随着锂离子电池能量密度的不断提高，电池热安全问题日趋严峻。本研究基于电池热失控反应动力学模型和相变传热模型，结合电池与复合相变材料（compose phase change materail CPCM: paraffin/ expanded graphite PA/EG）间的传热规律，建立了一个二维数值计算模型，利用COMSOL Multiphysics软件进行多物理场建模与求解（图1）。首先，通过拟合产热率与温度变化的关系，构建了电池热失控模型。模型通过调整CPCM的物性参数（相变焓与导热系数），探索其对热失控传播的影响。为了确保计算精度，本研究进行了网格无关性验证（图2）。以含10%EG质量分数的PA/EG样品为例（导热系数为5.25 W/m K，相变焓为167.8 kJ/kg），对基于CPCM样本的电池模组生成四边形结构化网格。计算结果表明，当网格数达到29520时，热失控触发时刻稳定于686秒，验证了此网格划分的精度，并选用此网格设置进行后续的数值模拟。为了验证该模型的可靠性，本研究利用已有的电池热失控传播实验数据进行了对比分析（图3）。实验中，电池模组由6个电池组成，通过针刺#1电池触发初始热失控。结果显示，当电池发生热失控时，温度迅速上升，模拟结果能够准确预测中心点温度的骤升时刻。基于此模型，本研究选取了一系列具有代表性比例的CPCM材料，深入分析了其在抑制热失控传播中的机制及空间分布特征（图4），为电池热管理设计提供了理论支持。