锂离子电池作为一种新型高效绿色的二次电池被广泛应用。应力所引发的电极材料的剥落和解体,严重影响电池性能。在电池实际工作过程中,涉及电化学场、温度场和应力场等物理场的复杂作用。因此,本论文旨在使用多场耦合理论分别建立电池单个组件和电池整体的多物理场耦合模型,使用COMSOL Multiphysics求解并分析了电池组件内部浓度场、温度场和应力场的分布及其相互影响。本工作可为电池结构设计和优化工作提供指导。隔膜起到隔离阴阳极的重要作用,材质相比电池其它组件较软。为分析多孔介质隔膜在压缩载荷作用下的力学行为,本文建立了包含孔隙度和渗透率动态变化的隔膜流-固耦合数学模型。分析了隔膜内部压力、孔隙度、渗透率以及隔膜骨架有效应力的分布和演变,同时讨论了隔膜的渗透率、尺寸、杨氏模量、泊松比、液体体积模量以及粘度对其流-固耦合效应的影响。结果发现:随着压缩应变率的增加,隔膜中心液体压力会先增加后逐渐趋于均匀且这一区域逐渐向边界扩展;孔隙弹性导致隔膜孔隙度分布不均匀和中心较高的有效应力。建立了锂离子电池二维多尺度电化学-热-力多物理场耦合数学模型,模型充分考虑了应力对电池过电位和粒子内锂扩散通量的影响,同时引入模型物性参数对温度场和锂离子浓度的依赖性。研究电池电极的浓度和应力随时间的演变以及应力对电池电压、过电位和粒子扩散过程的影响,同时分析了外载与隔膜变形对电池电压和容量的影响。结果发现:放电过程中,电极内部应力会先在靠近隔膜的一侧形成,并最终变得均匀,隔膜和集流器因温度作用只受压应力;扩散诱导应力在垂直于电极厚度方向上起主导作用,热应力对电极厚度方向影响明显;放电速率的增加以及外载的增加会导致电池放电电压和容量的降低,同等外载对低放电速率下的电池性能的影响相比高放电速率下的电池性能的影响更大;隔膜的挤压变形对电池电压和容量影响较大。基于上述工作,建立了三维锂离子电池电化学-热-力耦合模型对三维电极内部化学场、温度场和应力场进行了求解分析。研究了不同极耳排布方式对电极浓度场、温度场和应力的影响。同时分析了极耳尺寸和材料属性对电极应力的影响。结果发现:极耳结构的存在增加了电极内部von Mises应力;将正负极耳设置在中间位置可使电极电化学反应和锂浓度分布更均匀,产热更低的同时还能有效降低电极表面最大von Mises应力值;较大的极耳宽度和杨氏模量、较小的泊松比均会导致电极表面von Mises应力增加。