锂离子电池已经成为发展电动汽车的关键。锂离子电池在充放电过程中伴随着电极材料的脱嵌锂和温度升高,从而引起电池厚度的变化和热应力的产生。一方面厚度和应力的改变可能引起电池性能的变化,对电池的寿命和可靠性造成不利的影响。另一方面也制约了电池的成组设计。因此研究锂离子电池厚度变化和热应力分布特征既可以提高对电池性能变化规律的认识,也可以为电池成组设计提供依据,具有重要的科学意义和实用价值。本论文根据锂离子电池结构特点将其简化成具有储能功能的叠层材料,采用叠层材料细观力学模型和有效热膨胀理论计算得到相关力学参数。然后依据热平衡方程和传热边界条件,通过理论计算得到了锂离子电池稳态温度场方程。最后根据稳态温度场方程和阻止应变法计算得到电池的热应力方程,并使用ANSYS模拟了在常规使用条件下锂离子电池的稳态温度场和热应力场。论文最后使用线性位移传感器原位测量了锂离子电池充放电过程中厚度的变化,分析其变化规律和影响电池厚度变化的因素,并推导了锂离子电池厚度变化与SOC的关系。主要结论有：(1)方形锂离子电池稳态温度场为椭球方程,等温面为椭球面。电池几何中心位置温度最高,最高温度与对流换热系数呈反相关、与生热速率呈线性相关。最大温差与电池的生热速率和电池尺寸的平方成正比。当生热速率Q=8500W/m3,环境温度为20℃时,电池中心最高温度为23.4℃,最大温差为0.6℃。(2)锂离子电池热应力分布不均匀,电池中心高温区域热膨胀受到抑制承受压应力,侧边低温区域受拉应力,侧边中心处出现热应力集中。沿x方向最大压应力为15.0KPa,最大拉应力为31.4KPa,最大拉应力约为最大压应力的两倍。von miss应力最大为29.7KPa,最小为0.56KPa。剪切应力在对称面上近似为零,在长度和宽度的2/3处出现极小值,为-5.4KPa。(3)软包装锂离子电池在充放电过程中厚度的变化与SOC状态、电池初始厚度、电极材料的种类和配比、充放电制度、温升等因素有关。1/3C、1/2C和1.0C循环时电池厚度变化规律相似,变化的幅度分别为0.061mm、0.061mm和0.069mm,充电时电池厚度变厚,放电时厚度减小,厚度变化可逆。充电时SOC从0%增加到40%时电池厚度增加了0.040-0.050mm,占总变化量的70-80%,SOC在50%附近电池厚度基本保持不变。放电电流大于1.0C时,电池的温升较大,电池厚度因温升引起的变化也较大。放电电流为2.0C时电池表面温升达到9.2℃,引起电池厚度的变化为0.013mm,计算得电池沿厚度方向的热膨胀系数为1.9×10-4/℃。