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鋰離子電池?zé)崾Э氐脑蚣敖鉀Q辦法

來源:存能電氣  日期:2019-07-12 09:29  瀏覽量:

  鋰離子電池?zé)崾Э氐脑蚣敖鉀Q辦法。鋰電池材料的熱穩(wěn)定性一直是動力鋰電池安全性的重要因素,對于鋰離子電池,熱失控是最嚴(yán)重的安全事故,它會引起鋰離子電池起火甚至爆炸,直接威脅用戶的安全。鋰電池安全問題引起了廣泛重視,存在的問題急需進(jìn)一步解決。

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  從本質(zhì)上而言,鋰離子電池熱失控是一個能量正反饋循環(huán)過程:升高的溫度會導(dǎo)致系統(tǒng)變熱,系統(tǒng)變熱升高溫度,這又反過來又讓系統(tǒng)變得更熱。熱失控是很常見的現(xiàn)象,從混凝土養(yǎng)護(hù)到恒星爆炸,都有可能會出現(xiàn)熱失控。

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  1、經(jīng)常過充。

  2、未經(jīng)授權(quán)改裝外殼。

  3、環(huán)境溫度超過60°C。

  4、隔離鋰離子電池負(fù)極和正極的隔膜出現(xiàn)的撕裂會導(dǎo)致短路,而短路往往又會引起熱崩潰。

  鋰離子電池發(fā)生熱失控主要是由于內(nèi)部產(chǎn)熱遠(yuǎn)高于散熱速率,在鋰離子電池的內(nèi)部積攢了大量的熱量,從而引起了連鎖反應(yīng),導(dǎo)致電池起火和爆炸。參與“熱失控”反應(yīng)的是鋰電池中的氧化鈷化學(xué)物。加熱這種化學(xué)物達(dá)到一定溫度,它就開始自發(fā)熱,然后發(fā)展成起火和爆炸。在某些情況下,這種有機(jī)電解液釋放壓力會導(dǎo)致電池破裂。如果暴露在高溫環(huán)境下,或者是遇到火花,它也有可能會燃燒。

  熱失控現(xiàn)象及其強度與鋰電池的大小、配置和電池單元的數(shù)量有關(guān)。小型鋰電池組只有幾個鋰電池單元,所以熱失控從有問題的電池單元傳播到其他單元的機(jī)會相對較低。而波音787巨大的電池組就是另外一回事了:它們裝在密封的金屬盒里,不能排放余熱,當(dāng)一個電池單元熱到足以點燃電解質(zhì)時,其余的電池單元就會迅速跟進(jìn)。

  鋰電池發(fā)熱失控的因素很多,總的來說分為兩類,內(nèi)部因素和外部因素。內(nèi)部因素主要是:電池生產(chǎn)缺陷導(dǎo)致內(nèi)短路;電池使用不當(dāng),導(dǎo)致內(nèi)部產(chǎn)生鋰枝晶引發(fā)正負(fù)極短路。外部因素主要是:擠壓和針刺等外部因素導(dǎo)致鋰離子電池發(fā)生短路;電池外部短路造成電池內(nèi)部熱量累積過快;外部溫度過高導(dǎo)致SEI膜和正極材料等發(fā)生分解。

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  針對鋰離子電池?zé)崾Э氐那闆r,目前國內(nèi)主流的解決方法主要從外部保護(hù)和內(nèi)部改進(jìn)兩個方面進(jìn)行改進(jìn)。外部保護(hù)主要是指系統(tǒng)方面的升級改進(jìn),內(nèi)部改進(jìn)是指針對電池本身進(jìn)行提高。

  (1)冷卻方式的提升

  熱管理系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)控制溫度,確保電池一直處在一個合理的運行溫度下。通常,熱管理系統(tǒng)由整車控制器控制,在電池包溫度異常時,通過空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行及時散熱或者加熱,保證電池安全以及壽命。電池的散熱方式根據(jù)導(dǎo)熱方式和介質(zhì)的不同而分為四項:空氣冷卻(風(fēng)冷)、液體冷卻(水冷)、相變材料(固體)、和結(jié)合冷卻(風(fēng)冷/水冷+固體冷卻)幾種。

  (2)內(nèi)部材料及結(jié)構(gòu)的改進(jìn)

  內(nèi)部改進(jìn)即從電芯內(nèi)部的材料結(jié)構(gòu)上進(jìn)行改造,從而使鋰電池具備更好的耐熱、散熱性能。以目前的研究熱點來說,發(fā)展固態(tài)電解液;對正負(fù)極進(jìn)行結(jié)構(gòu)改造;以及引入安全性更高的隔膜材料都是從內(nèi)部提升電池?zé)嵝阅艿闹髁鞣椒ㄖ弧?/span>

  近日,德克薩斯大學(xué)達(dá)拉斯分校研究人員或已找到解決鋰離子電池?zé)崾Э兀礋崃糠e聚過多)問題的方法,該研究小組稱,解決電池過熱難題后,可將電池容量提高20%-30%,同時可降低電池起火、爆炸幾率,此次發(fā)現(xiàn)可能會改變制造商生產(chǎn)電池的方式。

  近幾年出現(xiàn)的鋰離子電池?zé)崾Э匾鸬幕馂?zāi)的案例中,都是由于電池的生熱速率遠(yuǎn)高于散熱速率,且熱量大量累積而未及時散發(fā)出去所引起的。電動汽車的電池一旦發(fā)生危險,后果將非常嚴(yán)重,研究鋰電池?zé)崾Э氐某梢蜃兊糜葹橹匾?/span>

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