锂离子电池热模型研究现状总结

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锂离子电池热为什么会失效,据研究发现金属锂化学性质非常活泼,属于遇湿危险的危险物品,它遇水或潮湿空气会释放易燃气体。其实,锂电池出现发热或者燃烧现象主要是由短路和电流过大两者引起的,而对于手机来说,充、放电电流过大的情况几乎不会出现。而让锂电池出现短路的因素却有很多,其中包括电池的物理损坏、使用环境的温度以及正负极的短路三种情况。如果锂电池外壳损坏,会导致电芯内部短路,从而发热燃烧。

1、锂离子电池热模型建模过程概述。

锂离子电池系统,热模型建立的大体过程。首先确定单体电池的生热模型并确定影响参数。生热模型包含的内容,热量来源和生热速率。第二步,选择热传导模型。把电芯真实结构做适度简化,保留热传播过程中的关键因素,忽略弱相关因素,平衡模型准确性和复杂性的关系。第三步(不在下文讨论范围),建立电池包系统热模型。电芯生成的热量在电池包范围内传递,进而向电池包外部传递。根据热传递实际情形,简化真实电池包结构。如果锂电池问答系统内包含热管理系统,则热量自电芯表面向外传递开始,热量传递的路径需要考虑散热器等热管理系统器件的作用。

锂离子电池热模型研究

2、锂离子电池热模型热量来源分析。

锂离子电池系统内,工作状态不同,其热量来源会有所区别。

正常工作状态锂离子电芯发热来源:正常情况下,热量主要来自锂电池充放电过程中的电化学反应,以及周边电连接器件的自体发热。锂离子电池发热模型,应用最广的是Newman的生热理论模型。模型认为锂电池电化学反应的四个过程有热量产生,包括:反应生热,极化生热,欧姆内阻生热和副反应生热。这四类热量又被划分成两种性质,可逆热和不可逆热。反应热,在放电过程中放热,充电过程中吸热,称为可逆热。其余部分,热量产生以后,只有耗散掉一个途径,称为不可逆热。在后来的不同应用实例中,人们根据不同需求,对这四个组成部分作出简化。

生热速率模型应用最广的是Bernardi模型,模型将可逆热和不可逆热分别考虑,电池之家可能建立了生热速率与系统宏观测量参数之间的联系,通过电池的体积、电流、电压、内阻、温度和温度影响系数,可以推算出生热速率。生热速率是系统安全性的重要指标。

动力锂离子电池热模型分析

滥用状态锂离子电芯发热来源:滥用状态下的锂电池,其热量来源与正常工作状态不尽相同,电池滥用的热模型必须单独讨论,针对具体滥用问题和经历的工作过程建立热模型。下面的表述是关于热滥用生热模型的研究情况。

有锂电池生产厂家研究表明在充电过程中负极与溶剂的反应和负极表面沉积的锂金属反应,是热量的主要来源,而SEI膜分解热与前两者相比,数值小得多。在放电过程中,溶剂与正极材料活性物质的反应,产生主要热量,负极与粘合剂以及负极与溶剂的反应热量相对比较小。

3、锂离子电芯老化发热来源研究。

在并未发生热失控的状态下,老化锂电池工作过程中的发热来源,类型与新电芯类似,也是前面提到的四种。但老化使得发热量的比例关系发生了变化,老化发生的原因不同,其自发热的组成比例也不相同。

有研究表明,聚合物锂电池以不同电流循环相同次数循环电流大的电芯的工作发热速率高;以同样高温(55℃)搁置同样长时间,荷电状态高的电芯工作发热率高;循环发生老化与高温搁置发生老化比较,剩余容量近似的电芯,搁置老化电芯内阻增加值小于循环老化电芯,但搁置老化的发热率反而高,这可能是搁置电芯的极化效应更强烈引起的现象。

模拟锂离子电池热失效会引起更多事故

另有人研究钴酸锂在热滥用条件下的主要热量来源,发现正极材料与电解液的反应生成主要的热量。以上结论,都是针对单体热滥用情形下。挤压、针刺、短路等情形,需要针对各自情况,单独讨论;查看网站地图可以了解更多相关的锂离子电池热模型研究现状总结。

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