Effects of State-of-Charge and Charging Rate on Material-Level Thermal Transport within Lithium-Ion Batteries

锂(药物) 离子 荷电状态 热的 材料科学 电荷(物理) 工程物理 核工程 化学 电池(电) 热力学 物理 工程类 功率(物理) 有机化学 内分泌学 医学 量子力学
作者
Jia Liu,Liang Wang,Guangbo Liu,Li‐Wu Fan
出处
期刊:Journal of The Electrochemical Society [The Electrochemical Society]
卷期号:172 (4): 040524-040524 被引量:2
标识
DOI:10.1149/1945-7111/adcc5d
摘要

A comprehensive understanding of thermal transport properties at the material level for Lithium-ion batteries (LIBs) is often overlooked, despite being crucial for accurately reconstructing thermal behavior in macroscopic simulations for LIBs. To address this gap, a nitrogen-protected testing method integrated with an electrochemical cycling platform is first developed to measure the intrinsic thermal conductivity ( k ) of the electrodes and separator in LIBs, as well as the thermal contact resistance ( R c ) between them. The effects of the state of charge (SOC) and the charging rate (C-rate) on both k and R c are systematically evaluated, and the constituent of internal thermal resistance within the unit battery is clarified in detail. Results reveal that the k of the cathode increases monotonically with SOC, while the k of the anode exhibits a non-monotonic relationship whose trend depends on the C-rate. Notably, the R c between electrodes and separator, which constitutes the nonnegligible component of total thermal resistance, is marginally affected by SOC but increases significantly with higher C-rate. Additional experiments examining the effects of the testing environment underscore the necessity of nitrogen protection for accurate measurements of thermal transport properties. These findings provide valuable insights for improving thermal management strategies of LIBs in real-world applications.
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