随着国家对电动汽车应用的各项政策支持,锂离子电池作为电动汽车的关键驱动部件引起了广泛的研究。近来多个汽车品牌的电动汽车发生自燃事故,其主要原因在于锂电池散热不均匀,电池温度上升较快,发生热失控现象,最终导致电池起火燃烧。因此,充分研究锂离子电池的热特性和热失控机制以及关键性的电化学、力学影响,对提高电池的安全性、合理设计散热结构、优化热管理算法极其重要。数值模拟是研究电池性能、优化电池结构和缩短电池设计过程的重要方式之一。在实际的工作过程中,由于外部工作环境引起的碰撞、挤压以及电池产热引起的应力与其热特性直接的相互作用,尤其是在多层结构之间尚未充分研究。本文旨在通过有限元方法构建锂离子电池的电化学-热-力耦合模型,并基于多层结构的锂离子电池模型,对其热特性及相关的电化学、力学特性进行精准的仿真研究。同时,本文基于前述构建的电化学-热-力耦合模型,对极端工作环境下对锂电池的热失控机制进行仿真研究。最后,为了排除参数之间的相互影响,精确捕捉锂电池热特性的关键性参数,本文对前述的电化学-热-力耦合模型进行参数解耦,建立材料/几何参数与电化学/热特性之间的关联分析以期许能够为锂电池的设计及热性能优化提供新的思路与帮助。本文主要工作内容如下:1.首先,构建了锂电池的电化学-热-力耦合模型。基于前述模型,通过模拟不同放电倍率下锂离子电池的温度演化过程,并将相关的电压曲线和不同测试点的温度曲线与实验测试结果进行比较,验证了前述电化学-热-力耦合模型的有效性。此外,讨论了锂离子电池层数对温度分布的影响,结果说明电池层数对温度预测准确性有影响。2.其次,主要研究在极端情况下的电池热失控机制。基于前述的多层结构的锂离子电池多物理场耦合模型,并结合热失控模型以及不同叠层组件在触发热失控后所贡献的热量,以探索在极端高温状态下的热失控机制和相应的临界阈值。结果显示,0.5C-2C放电倍率对热失控整体影响不大,这意味着在高温环境中或者电池散热不均匀的情况下可以采用小倍率充放电。电池的温度、热应力均随着放电倍率的增加而增大。通过对环境温度的影响分析,得出了触发热失控的温度临界阈值为145℃-155℃。3.最后,基于参数解耦的思路,主要考虑电化学、热特性参数对电池的电化学性能、热性能和力学性能的影响。结果显示,电池的物理化学参数（电池极板厚度和电极活性物质体积分数）对电压特性有显著的影响,改变电池达到截止电压时间,从而电池的放电容量也受到了影响。然而电池内部电化学参数改变对电池温差范围的作用差异不大,而外界环境对电池的总体温度上升有较大的影响。