鋰離子電池屬于一個亞穩(wěn)態(tài)的系統(tǒng)，對溫度十分敏感，溫度過高會顯著的加速鋰離子電池的衰降速度，溫度過低則會降低鋰離子電池的動力學特性，造成析Li等問題的產(chǎn)生，因此如何控制鋰離子電池的溫度，避免溫度過高或者過低就顯得尤為重要。特別是對于動力電池而言，一個電池組往往由數(shù)百只，甚至是數(shù)千只單體電池組成，使用中往往還需要大電流放電，因此如何快速散熱是提高動力電池使用壽命的關(guān)鍵。

目前動力電池的普遍散熱方式是通過水冷管或者風冷的方式將使用中產(chǎn)生的熱量從電池表面帶走，但是由于電池內(nèi)部是由正極、隔膜和負極三明治結(jié)構(gòu)構(gòu)成，而隔膜的導熱性比較差，因此無論是圓柱形，還是方形結(jié)構(gòu)電池，在垂直表面方向的導熱性都比較差，造成散熱效果不佳。而電池的正負極接線柱直接與正負極集流體相連，因此導熱效果要遠遠好于電池表面，因此通過正負極的接線柱散熱也是一個非常好的選擇，但是相比于表面散熱，正負極接線柱接觸面積相對較小，所以究竟哪種散熱方式更加高效呢？英國帝國理工大學的Ian A. Hunt（第一作者）和G. J.Offer（通訊作者）對上述的兩種方式進行了對比，研究表明在快速放電（10min）的情況下正負極接線柱散熱要比電池表面散熱更加高效，經(jīng)過1000次循環(huán)后，表面散熱的電池可逆容量損失達到了正負極接線柱散熱電池的三倍，這主要是因為采用表面散熱的電池在內(nèi)部會產(chǎn)生更大的溫度梯度，從而造成電池內(nèi)部的電流分布的不均勻現(xiàn)象，而采用正負極接線柱散熱則電池內(nèi)部的溫度分布更加均勻，減少了電池內(nèi)部的電流分布不均，提升了鋰離子電池的循環(huán)壽命。（文后有相關(guān)視頻可供參考）

實驗中Ian A. Hunt采用5Ah軟包電池作為研究對象，分別采用電池極耳散熱（如上圖a所示）、電池表面散熱（如上圖b所示）和強制空氣對流散熱三種方式對電池進行散熱。下圖為采用表面散熱（CellS）和采用極耳散熱（Cell T）的兩只電池在循環(huán)中電池溫度的波動曲線，可以看到在開始的時候采用表面散熱的電池溫度波動范圍為+0.5℃和-1.0℃，在循環(huán)1000次后，電池溫度波動的范圍有所擴大，提高到了+0.7℃和-1.2℃，采用極耳散熱的電池最初的溫度波動為+0.2℃到-0.6℃，循環(huán)1000次后增加到了+0.3℃到-1.0℃。

下圖為采用表面散熱（Cell S）、極耳散熱（Cell T）和強制風冷散熱（Cell C）的電池在不同倍率放電循環(huán)過程中可逆容量的變化。從下圖b中能夠看到在開始的時候采用三種散熱方式的電池的容量非常接近，但是在循環(huán)中采用表面散熱（Cell S）的電池容量衰降速度要明顯快于采用極耳散熱和強制散熱的電池。而在6C大倍率下放電時，由于電池的產(chǎn)熱速度更快，這種差距就變的更加明顯了。在循環(huán)1000次后采用極耳散熱的電池可逆容量從4.91Ah下降到了4.61Ah，采用風冷散熱的電池從4.84Ah下降到了4.6Ah，而采用表面散熱的電池則從最初的4.56Ah下降到了3.84Ah?？梢钥吹讲捎帽砻嫔岬碾姵夭粌H僅在循環(huán)中容量衰降的速度更快，即便是在初期，其容量相比于其他兩種散熱方式也有明顯的下降。

為了分析極耳散熱和表面散熱兩種方式對鋰離子電池可逆容量造成影響的原因，Ian A. Hunt將上述的經(jīng)過1000次循環(huán)后的兩只電池對換散熱方式（也就是原本表面散熱的電池改為極耳散熱，原本極耳散熱的電池改為表面散熱）進行測試。從下圖a可以原本極耳散熱的電池改為表面散熱后，電池損失了一部分容量，而原本表面散熱的電池改為極耳散熱后則恢復了部分的可逆容量，同時我們對比兩種散熱方式循環(huán)后的電池，即便是改用相同的散熱方式，其可逆容量仍然存在差距，這表明兩種散熱方式不僅僅是散熱能力的區(qū)別，還會造成電池衰降速度的不一致。

我們對比兩種散熱方式循環(huán)后的電池在同樣的散熱方式下的放電曲線可以看到，無論是可逆容量還是放電的電壓，采用表面散熱方式的電池都要低于采用極耳散熱的電池，這意味著表面散熱方式不僅僅會造成可逆容量的衰降加速，還會引起鋰離子電池內(nèi)阻提升加速，影響鋰離子電池的倍率放電能力。

下圖為采用表面散熱和極耳散熱兩種方式的電池在經(jīng)過不同循環(huán)次數(shù)后的交流阻抗數(shù)據(jù)，從下圖a中能夠看到兩種電池在高頻區(qū)的半圓在循環(huán)中幾乎沒有發(fā)生明顯的變化，但是在中頻區(qū)的半圓直徑卻隨著循環(huán)次數(shù)的增加有著明顯的增加趨勢（主要反映電極表面的電荷交換阻抗增加），特別是采用表面冷卻的電池在循環(huán)過程中，中頻區(qū)阻抗增加非常明顯。從下圖c的等效電路擬合結(jié)果來看，采用表面冷卻的電池在循環(huán)中電荷交換阻抗的增加速度要顯著快于采用極耳冷卻的電池，這也是造成表面冷卻電池極化增加的主要原因。

采用dQ/dV曲線分析能夠發(fā)現(xiàn)，采用表面冷卻的電池在循環(huán)中，3.75V附近的峰的強度在循環(huán)中下降要高于其他兩種散熱方式，從最初的36Ah/V，下降到了最終的16.61Ah/V，而采用極耳散熱的電池則從最初的36.62Ah/V下降到了24.63Ah/V，表明采用表面散熱的電池在可逆容量損失上要明顯高于采用極耳散熱的電池。

Ian A. Hunt分別計算了采用表面散熱和極耳散熱兩種方式時電池的熱阻，計算結(jié)果表明采用表面散熱時由于接觸面積較大，因此與極耳散熱方式在熱阻上相差不大（2.4℃／W和3.7℃／W），甚至表面散熱的效率還要略高于極耳散熱。但是表面散熱卻會在電池內(nèi)部產(chǎn)生更大的溫度梯度，這也就意味著電池中央的極片溫度更高，阻抗更小，因此電流也就更大，從而導致電池中心位置的極片衰降速度更快。

而采用極耳散熱時，由于每片極片都直接與極耳相連，因此散熱速度是相同，即便是在極片內(nèi)部可能會產(chǎn)生一些溫度梯度，但是由于每片極片都是相同的，因此電流在每片極片上的分布是相同，因此電池中電流分布相對而言要均勻的多，也就大大減緩了電池的衰降速度。

Ian A. Hunt的研究表明散熱方式的選擇對于鋰離子電池循環(huán)壽命具有非常大的影響。表面散熱雖然在接觸面積上具有優(yōu)勢，但是會在電池內(nèi)部產(chǎn)生較大的溫度梯度，從而導致電流分布不均，引起電池衰降速度加快，而極耳散熱方式則能夠保證電池內(nèi)部溫度更加均勻，有助于電流在電池內(nèi)部分布更加均勻，從而顯著提升電池的循環(huán)性能。

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Surface CoolingCauses Accelerated Degradation Compared to Tab Cooling for Lithium-Ion PouchCells, Journal of The Electrochemical Society,?163 (9) A1846-A1852 (2016),?IanA. Hunt, Yan Zhao, Yatish Patel, and G. J. Offer