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三元锂离子电池作为目前电动汽车的主流储能设备之一，其电化学性能与热性能引发诸多关注。锂离子电池的内部电化学特性和热特性对其性能有显著影响，但这些特性无法通过实验方法得到。本文基于多物理场耦合仿真软件COMSOL Multiphysics® 5.4，采用有限元方法，将电池电化学模型与热模型结合分析电池的电化学特性以及热行为。通过电化学模型和热模型原理，建立了30 Ah三元锂离子方形电池的三维电化学-三维热耦合模型。采用热传导模块建立了由电芯、正极和负极片组成的三维热模型，并覆盖电池硬壳，采用自由四面体法进行网格划分。基于该模型，研究了电池在不同放电速率和环境温度下的电化学和热特性。在不同运行条件下，分别在一维和三维尺度上评价了锂离子电池内部的电化学过程和热特性，如电流密度、产热率、温度分布等。结果表明，在高放电速率和低环境温度下，由于高极化和传输电阻的存在，放电容量和电压降低。在低放电速率下，负极的发热量占总发热量的绝大多数，而其他部分的发热量所占的比例随着放电速率的增大而逐渐增大，特别是正极。该模型可用于优化电极和结构设计，以开发更好的电池热管理系统和更安全的电池。