锂离子电池作为电动汽车的理想动力来源,仍需解决其充放电过程的高产热率和电化学反应不均匀等带来的性能和安全问题。锂离子电池的电化学与热特性是电池热管理研究的根本切入点。探究电池充放电过程的电化学反应机理和产热机理,对电池的高效使用和安全性具有重要意义。本文通过动力电池充放电试验平台,对一款磷酸铁锂电池进行了不同充电倍率(0.5C、1 C和2 C)的充电试验和不同时率(1 h、1/2 h和1/3 h)的恒流与恒功率放电试验。试验结果一方面可以为后期电化学-热耦合建模和验证提供试验数据基础,另一方面可以进行数据分析,获得该磷酸铁锂电池的基本性能。结果表明,恒功率放电下电池的表面温度更高,恒功率放电下电池的工作电压更低,且随时率的减小或环境温度的降低两种放电模式下的表面温度、工作电压差值增大。针对恒功率放电下磷酸铁锂电池的产热特性,建立了恒功率放电过程电池的电化学-热耦合模型并实验验证了模型的有效性。研究了电池内部单元各层的产热特性,并分析了正极电极厚度对电池产热量的影响规律。结果表明,负极的产热率随时间的变化程度最大,正极的产热率的变化次之,隔膜和正负极集流体的产热率的变化最小。随着放电功率增大,各层产热量占总产热量的比值基本不变。正极的产热量对总产热量的贡献最大,其所占的比值大于70%;负极的次之,大于24%;正负极集流体的最小,其值趋于0。改变正极电极厚度,对正极可逆热的影响最大,正极不可逆热次之,负极可逆热再之,负极不可逆热最小。增大正极电极厚度可降低各层产热量,但是随着正极电极厚度增大,其对产热量的影响将减小。针对恒流充电下磷酸铁锂电池的电化学与热特性,建立了恒流充电过程电池的电化学-热耦合模型并实验验证了模型的有效性。研究了在不同初始温度下电池以1 C充电倍率下充电的电化学与热特性,并分析了不同充电倍率(0.5 C、1 C和2 C)下电池充电能量效率的变化规律。结果表明,初始温度主要影响电池内部单元的局部电流密度、产热率的空间和时间分布,且随初始温度的降低,局部电流密度的不均匀性增加。初始温度通过影响电池的电化学与热特性从而影响电池的充电能量效率。当充电倍率为0.5 C时,充电能量效率随初始温度增大而增大;当充电倍率为1 C和2 C时,充电能量效率随初始温度先增大后减小,且其充电能量效率分别在初始温度大于40°C、25°C时降低。因此,应根据初始温度的不同采用合理的充电倍率对电池充电,以达到较高的充电能量效率。