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車用鋰離子電池熱失控研究綜述

2021-02-23 21:40:14·  來源:電動學堂  作者:?胡廣等  
 
文章來源:1.中國科學院電工研究所;2.中國科學院電力電子與電氣驅動重點實驗室;3.中國科學院大學 1引言 本文將對鋰離子電池熱失控的研究展開全面綜述,主要涵蓋鋰離子電池熱失控的誘因、發(fā)生、擴散、改善以及預防五個部分,其中將重點分析討論鋰離子電池熱失
文章來源:1.中國科學院電工研究所;2.中國科學院電力電子與電氣驅動重點實驗室;3.中國科學院大學

1引言

本文將對鋰離子電池熱失控的研究展開全面綜述,主要涵蓋鋰離子電池熱失控的誘因、發(fā)生、擴散、改善以及預防五個部分,其中將重點分析討論鋰離子電池熱失控機理以及提高電池熱安全性等問題。

2熱失控誘因

鋰離子電池熱失控的引發(fā)因素來源于兩方面 :一方面是電池本體的材料以及生產(chǎn)工藝出現(xiàn)問題;另一方面是電池應用過程中出現(xiàn)問題。
電池材料中摻雜金屬雜質和電池生產(chǎn)過程中的極片毛刺、正負極錯位、電解液分布不均、隔膜表面導電粉塵等都會給日后的應用留下安全隱患。在電池應用過程中導 致熱失控的誘因多種,比如電池內(nèi)外部短路、過充放電、高溫環(huán)境、高倍率充放電、老化、擠壓變形等 。
這些熱失控的誘因也并非相互獨立,之間的關系以 及導致的逐級后果如圖1所示。此前已有許多研究人員對電池熱失控原因進行了試驗研究。其中內(nèi)部短路和過充電是導致鋰離子電池熱失控最常見的原因,本節(jié)將重點討論這兩大熱失控原因。
2.1電池內(nèi)部短路
電池內(nèi)部短路的原因可能是電池自身缺陷,也可能是外部機械濫用。電池原材料被污染以及隔膜缺陷等問題在日后使用過程中不斷惡化會導致電池內(nèi)部短路 。當電池遭到碰撞、擠壓、刺穿等機械濫用時也會導致電池內(nèi)部短路。
電池內(nèi)部短路方式歸納起來可分為 4類:負極材料-鋁集流體、銅集流體-鋁集流體、負極材料-正極材料、銅集流體-正極材料,如圖2所示。其中第1類內(nèi)部短路的短路阻值較低且導熱性較差,非常容易引發(fā)熱失控;第2類內(nèi)部短路的短路阻值很低,但導熱性很好,危險程度較高;而第3類和第4類內(nèi)部短路通常情況下不會引發(fā)熱失控。
通常電池發(fā)生熱失控的整個過程中會有內(nèi)部短 路。內(nèi)部短路可能是熱失控的誘因,也可能是其他誘因引發(fā)的內(nèi)部短路,使內(nèi)短路成為熱失控的一個加速過程。即使電池沒有發(fā)生內(nèi)部短路也可能會有熱失控。比如隨著隔膜的不斷優(yōu)化,同時三元正極材料含鎳量增加導致熱穩(wěn)定性變差,電池薄弱部件可能由隔膜變成正極材料。若電池的薄弱部件變?yōu)檎龢O材料,正極釋氧成為引發(fā)熱失控的重要原因。正極釋放的氧氣與負極發(fā)生放熱反應會導致溫度急劇上升。
正極釋氧通常發(fā)生于高溫情況下,主要有兩方面的誘因引起:①電池過充電會發(fā)生正極過多的鋰脫嵌導致 正極結構不穩(wěn)定,而且導致負極鋰沉積和固相電解質相界膜 (SEI)增厚,引起電池內(nèi)阻增大導致產(chǎn)生過量焦耳熱,由此可能導致固體相界層放熱分解,電池內(nèi)部溫度升高進一步容易引發(fā)正極材料分解釋放氧氣;②電池外部溫度過熱導致正極材料熱分解釋放氧氣。
2.2電池過充電
鋰離子電池進行大電流充放電或者電池管理系統(tǒng)設計不合理等原因容易導致鋰離子電池過充或者過放電,這種電濫用可能會導致電池容量下降,嚴重情況下將引發(fā)熱失控 。對于輕微過充放電的情況,Qian等通過實驗研究發(fā)現(xiàn)輕微過放電(放電到2V)對電池循環(huán)壽命影響較小,而輕微過充電(110%SOC)對電池的循環(huán)壽命影響很大。
考慮到過充電條件下的電流、電壓和溫度特性, 一些研究人員將過充電引發(fā)的整個熱失控過程劃分為4個階段。圖3所示為方形Li(Ni 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 )O 2 /石墨電池在0.5C充電倍率下過充時的電流、電壓和溫度變化曲線。階段1中電池過充到5.1V,電壓曲線出現(xiàn)拐點,電池溫度增加不明顯;階段2中電池電壓將達到5.3V,溫升速率加快,負極開始鋰沉積,沉積的鋰不參與下一個充電周期,而是與電解質反應釋放更多的熱量。正極中的活性鋰和活性物質損失為容量衰減的主要原因,正極過脫鋰(負極過鋰化)導致脫嵌反應更困難以及SEI膜變厚使得電池內(nèi)阻增加;階段3中電壓開始下降,電池容量衰減加速,SEI膜分解,發(fā)生內(nèi)部短路,正極持續(xù)過脫鋰導致結構損壞,熱穩(wěn)定性變差,溫度上升加快,正極開始釋氧并導致電解質氧化,從而產(chǎn)生大量氣體,電池內(nèi)部迅速膨脹。這個階段是鋰離子電池過充時引發(fā)熱失控最關鍵的階段;在第4階段中,電池發(fā)生不可逆的熱失控, 內(nèi)部副反應加劇放出大量熱量。電池持續(xù)膨脹最終破裂起火甚至爆炸。
在較高 SOC情況下電池具有更嚴重的熱失控行為,這是因為電池內(nèi)部發(fā)生的化學反應數(shù)量和速率更大,導致噴射出更多的可燃性氣體,并且這種可燃性氣體混合物具有更大的極限范圍。
通常情況下鋰離子電池過充至120%SOC以上時可誘發(fā)不可 逆的內(nèi)部短路,而過充小于 120%SOC時 電池能緩慢自我修復 。電池過充電時在高電位下,負極處的過量鋰會形成鋰枝晶并穿透隔膜發(fā)生內(nèi)部短路。
鋰離子電池單體串并聯(lián)成電池組時,若電池一致性差且電池管理系統(tǒng)未能及時調(diào)整,電池容易因過充放電而誘發(fā)內(nèi)部短路進而引發(fā)熱失控。對應于電池過充電,通常情況下鋰離子電池過放電不會引發(fā)熱失控,隔膜的相變反應是過充電引發(fā)熱失控的關鍵因素。
2.3其他原因
電動汽車在實際應用中可能會發(fā)生嚴重機械故 障,動力電池可能會受到震動、碰撞、擠壓甚至穿透。這種情況下電池的安全性將會遭到嚴重威脅。
這種機械濫用通常容易導致電池內(nèi)部短路,嚴重的情況將可能引發(fā)熱失控。實際情況下機械濫用更復雜,單靠試驗模擬不足以解決機械濫用的問題。更好的解決措施是優(yōu)化設計電池安裝位置和防護框架結構,在電動汽車發(fā)生嚴重機 械故障時盡可能地避 免電池相撞擠壓。
電動汽車實際應用要求鋰離子電池能夠承受相對較高的充放電速率。在這種大電流充放電的情況下鋰離子電池容易引起嚴重的極化并產(chǎn)生過熱現(xiàn)象 。大倍率充電時,鋰離子在負極-電解質界面處還原為金屬鋰,鋰沉積會堵塞活性材料的空隙,并 加速可循環(huán)鋰的損失造成電池容量下降。嚴重情況下,低溫大倍率充電會生成鋰枝晶刺穿隔膜導致電池內(nèi)部短路。
沉積鋰和電解質之間的放熱反應是大倍率充電引發(fā)熱失控的主要因素 。
不同鋰離子電池在高低溫環(huán)境、過充放電工況時的電池熱失控狀況如圖 4所示,其中LiFePO 4 電池熱穩(wěn)定性較好。

3熱失控過程

3.1單體電池熱失控反應
鋰離子電池正常充放電時的內(nèi)部化學反應可以表示為以下形式 。
式中,M為Co、Ni、Fe、Mn等;正極化合物有LiCoO 2 、LiNiO 2 、LiMn 2 O 4 、LiFePO 4 等;負極化合物有LiCx、TiS 2 、WO 3 、NbS 2 、V 2 O 5 等。
然而電池內(nèi)部化學反應十分復雜,通常伴隨著許多副反應。這些復雜的副反應大多伴隨著熱量的產(chǎn)生。電池內(nèi)部溫度逐漸升高并觸發(fā)一系列異常的副反應,最終導致具有多米諾效應的電池熱失控 。鋰離子電池熱失控過程中產(chǎn)熱量為所有副反應產(chǎn)熱量以及短路產(chǎn)生的焦耳熱之和。
式中, q tr (t)為鋰離子電池在熱失控過程中產(chǎn)熱量;q SEI (t)為SEI膜分解產(chǎn)熱量;qan(t)為負極與電解液反應產(chǎn)熱量;q cat (t)為正極分解反應熱量;q sep (t)為隔膜熔解反應熱量;q el (t)為電解液分解產(chǎn)熱量;q short (t)為短路產(chǎn)生的焦耳熱。
此前已有團隊和研究人員對鋰離子電池熱失控的鏈式反應展開研究綜述 。鋰離子電池發(fā)生熱失控的過程中,受溫度影響電池將依次經(jīng)歷高溫容量衰減,SEI膜分解,負極-電解液反應,隔膜熔化,正極分解反應,電解質溶液分解反應,正極與粘接劑反應,電解液燃燒等過程。圖5是以NCM/石墨電極和PE為材料的鋰離子電池在熱失控中的反應過程。電池在濫用條件下溫度異常升高,引發(fā)的副反應會形成鏈式反應,最終形成熱失控。
圖 6是鋰離子電池熱失控能量釋放圖,這是由差示掃描量熱法(DSC)和加速率量熱法(ARC)測出的反應動力學。通過能量釋放圖能分析鋰離子電池材料的反應特性。圖6中以LTO電解質為例,用差示掃描量熱法(DSC)測定了LTO分解反應的特點。反應特性包括熱釋放功率(Q)、代表總釋放熱量的焓變(ΔH)和特征溫度,包括起始溫度(T onset )、峰值溫度(Tpeak)和終端溫度(T end )。圖4的X軸代表特征溫度,而雙Y軸用于描述反應的熱生成特 征。以 LTO為標志的彩色區(qū)域表明了LTO與電解 質的分解反應特性。區(qū)域的邊界和形狀由 T onset 、T peak 、T end 和Q決定。區(qū)域的高度反映Tpeak處的Q 值。水平和垂直位置分別由 T 和 ΔH確定。
鋰離子電池材料反應特性的具體比較如附表 1所示。電池材料起始溫度越高意味著對應材料熱穩(wěn)定性越好。電池內(nèi)部的副反應發(fā)生次序大致按照起始溫度從低到高開始。峰值溫度對應該材料反應最劇烈時的環(huán)境溫度。最終溫度表示該材料副反 應的截止溫度。Δ H表示材料在熱失控中的放熱情況。
針對鋰離子電池熱失控中的溫度特性,文獻 選取了3個特征溫度(T1、T2、T3)作為熱失控過程的參考點。其中文獻根據(jù)溫度曲線特點找出的3個特征溫度,并認為溫度T1是電池內(nèi)SEI膜分解的起始溫度,溫度T2是電池隔膜融化的起始溫度,溫度T3是由電池內(nèi)部短路和放熱反應引起溫度升高的熱失控觸發(fā)溫度。電池老化衰退會對電池的熱穩(wěn)定性造成影響,文獻對不同老化程度的2.3A·h圓柱形滿電(100%SOC)LiFePO 4 /C電池進行了熱穩(wěn)定性測試如表1所示。電池在高溫循環(huán)老化下SEI膜增厚而不破裂時會導致T1升高,不過電池在較少見的低溫循環(huán)老化下可能會由于鋰枝晶而導致T1下降。電池不斷衰退中可能是隔膜產(chǎn)生的機械應力而導致T2上升。由于電池老化容量衰減蓄存能量減少T3下降。
文獻 通過熱分析數(shù)據(jù)庫總結出不同材 料體系的鋰離子電池熱失控共同特征并得出了 3個特征溫度,如圖7所示。其中,T1是ARC檢測到電池內(nèi)部異常發(fā)熱的起始溫度。T2是溫度曲線中緩慢溫升到急劇溫升的臨界點。T1、T2的解釋與文獻大致一樣,與文獻不同的是,文獻以電池的溫度峰值作為溫度T3。他們認為T3對電池組的安全設計有很大的影響,特別是考慮到熱失控的傳播情況。T3越大意味著熱失控的電池與其相鄰電池之間的溫度梯度越大,相應的熱失控傳播速度就越快。對于從溫度T快速上升到T,大多數(shù)研究歸因于電池內(nèi)部短路,而文獻研究表明溫度快速上升的原因是正極與負極之間的氧化還原反應大量放熱,而內(nèi)部短路只產(chǎn)生熱失控期間總熱量的小部分。
隨著電池循環(huán)次數(shù)的增加,電池老化會增加熱 失控發(fā)生的概率。電池循環(huán)老化過程中會使得SEI膜的熱穩(wěn)定性變差導致電池的自產(chǎn)熱溫度降低。因此對于老化電池更應重視其溫度特性。為預防電池熱失控有必要設定安全等級的報警溫度。
3.2電池組熱失控擴散
鋰離子電池在電動汽車實際應用中需要串并聯(lián)成組以滿足電壓容量的需求,當電池組中某一電池單體發(fā)生熱失控產(chǎn)生大量熱,其相鄰的電池單體將極其危險。圖 8表示了電池發(fā)生熱失控擴散的過 程 ,其中熱失控擴散有延遲時間,在這期間能做 相應的預防改進措施。影響電池組熱失控擴散的因素有很多,比如電池單體的熱失控起始溫度、能量釋放速率、電池組的散熱條件以及傳熱特性等 。有些研究人員對鋰離子電池熱失控擴散進行了試 驗 和建模仿真研究。
Zhong等通過一系列可重復試驗探討了各 種參數(shù)對熱失控擴散的影響,包括充電狀態(tài)和電池單體之間的間距。試驗結果顯示熱失控擴散需要一定的時間, SOC越大熱失控擴散的風險也越大,電池 單體之間的間距大小對于熱失控擴散有著重要影響。 Gao等人通過試驗分析提出了等效電路模型來估計熱失控傳播期間傳輸?shù)碾娏鳎㈩A測焦耳熱的產(chǎn)生。他們的模擬結果表明電池的并聯(lián)會增加熱失控擴散的風險。當一個電池單體遭到濫用而引發(fā)內(nèi)部短路時與其并聯(lián)的電池的電流將會導致更高的溫升率。因此在電池單體發(fā)生熱失控時及時地切斷電池組的電連接是控制熱失控擴散的一種可選辦法。Wilke等人的試驗結果表明,相變復合材料對于鋰離子電池組熱失控擴散有著很好的限制作用。
從現(xiàn)有的文獻來看熱失控擴散模型的大致有集總參數(shù)模型 、二維模型和三維模型。其中清華大學的研究團隊先后提出了一種三維熱失控傳播模型和集總參數(shù)模型。他們基于式(7) ~ 式(9)的能量平衡方程來建立三維熱失控傳播模型 。
Δ E=Q+Φ ht     (7)
式中,Δ E為電池能量增加率;Q為自發(fā)熱率;Φ ht 為傳熱強度。
Q=Q chem +Q ele     (8)
式中, Q chem 為化學反應放熱率 ;Q ele 為短路放熱率。
 式中,λ 為固體導熱系數(shù);T為電池平均溫度;h為對流傳熱系數(shù);A為對流傳熱面積;T f 為電池表面溫 度 ;ε為電池表面輻射系數(shù);σ為斯忒藩-玻耳茲曼 常數(shù) ;Tw為環(huán)境溫度。
電池能量增加率 (ΔE)取決于自發(fā)熱率(Q)和傳熱強度(Φ ht ),其中自發(fā)熱率(Q)來源于化學反 應 (Q chem )和電短路(Q ele )的放熱率,傳熱強度(Φht) 來源于熱傳導、對流和輻射。
圖 9是三維熱失控傳播模型仿真的結果,圖 中可以看出熱失控傳播過程隨時間的變化。他們提出的集總參數(shù)模型是由 6個電池單體通過等效熱阻連接而成,主要分析討論了不同關鍵參數(shù)變化對熱失控擴散過程的影響。這兩種模型雖然都忽略了熱失控傳播過程中熱傳導性的變化,不過都能較好地通過實驗數(shù)據(jù)的驗證。Andrey等人[85]以二維偏微分方程的形式提出了電池組中的熱動力學模型。該模型簡化了數(shù)值導向模型,更易于處理基于模型的熱失控擴散狀態(tài)估計。Paul等人[86]通過二維有限元熱模型和集總電化學模型結合來研究電池熱失控傳播問題,并與三維模型進行了詳細比較。該二維建 模方法能明顯減少計算時間,且與三維模型一樣都與試驗數(shù)據(jù)有著良好的一致性。Huang等人[88] 結合 Semenov和Thomas模型對電池組熱失控和熱失控傳播所需的臨界閾值進行了預測,并采用加權方法對模型進行了修正。該模型分析了復合材料、對流系數(shù)、尺寸和形狀等因素對鋰離子電池組熱失控臨界性的影響。該模型考慮了反應物在熱失控前的消耗和各種反應機理功能之間的差異,其他模型一般將其忽略。
通過試驗與建模仿真得出的結果來看,可以通過以下方式來延遲或防止熱失控傳播 :①改進隔膜來增加熱失控觸發(fā)溫度;②通過放電來減少熱失控期間釋放的總電能;③熱失控期間切斷電池之間的電連接;④增加對流系數(shù)來提高散熱水平;⑤在相鄰電池之間增加額外的耐熱層。

4熱失控的預防和改善

4.1電池材料
目前常見的鋰離子電池正極材料有 LiCoO 2 、LiFePO 4 、LiMn 2 O 4 、LiNi x Co y Al z O 2 (NCA)和LiN-i x Co y Mn z O 2 (NCM)等。
其中LiCoO 2 的反應性很強,熱穩(wěn)定性與其他正極材料相比更差。LiFePO 4 是相對較安全的正極材料,但能量密度低,成本更高。
正極材料可以通過表面包覆來延遲或者減少引起熱失控的副反應,比如用AlPO 4 包覆正極材料可以抑制電池過充時的副反應,包覆ZrO 2 和AlF 3 等能夠同時提高電池的循環(huán)性 和熱穩(wěn)定性 。Sun等提出一種層狀三元NCM材料,其原子濃度是以梯度分布的正極材料,其平均組成為Li[Ni 0.68 Co 0.18 Mn]O。內(nèi)部由富含鎳的層狀氧化物Li[Ni 0.8 Co 0.1 Mn 0.1 ] O 2 ) ,這可以滿足電池的高能量密度要 求。外層由 Li[Ni 0. 46 Co 0.23 Mn 0.31 ] O 2組成, 由內(nèi)層到外層活性鎳離子逐漸被錳離子取代,這可以提供出色的循環(huán)壽命和安全性。三元NCM材料中Ni、Co、Mn之間不同的配比影響著材料的性能。Ni有助于增大電池容量,Mn能提高材料的穩(wěn)定性,Co能優(yōu)化材料的倍率性能。德克薩斯大學達拉斯分校一研究團隊通過相圖、TM-TM鍵分析等方法研究了在不同的鎳、鈷、錳原子配比對材料熱穩(wěn)定性影響。圖10所示為鎳∶鈷∶錳組成變化時的相對穩(wěn)定性。其中三角形在LiMnzCo 1-z O 2 中的Z=1~0.16以及LiNi x Mn 1-x O 2 中的X=0~0.27是不混溶區(qū)域。在整個濃度范圍內(nèi),LiNi 0.5 Mn 0.5 O 2 是最穩(wěn)定的。
鋰離子電池的負極可選用一些如 Li 4 Ti 5 O 12 的插層材料和鋰合金材料,這些材料在提高電池性能的同時還能改善電池的熱穩(wěn)定性。文獻對其中的鋰金屬負極材料研究現(xiàn)狀展開了全面的綜述。Li 4 Ti 5 O 12 曾經(jīng)被認為是比石墨更安全的材料。Li 4 Ti 5 O 12 材料的優(yōu)點是無鋰沉積,與石墨相比具有更低的自加熱的溫度,在高溫下的熱量產(chǎn)生也更少,而且還能夠吸收陰極釋放的氧氣,從而提高了電池的穩(wěn)定性,只是其能量密度太低。
為了提高電池的安全性,可以在電解液中加入 一些阻燃添加劑和防過充電添加劑。阻燃劑能直接降低電解液的易燃性,但是含磷化合物的引入會導致鋰離子電池性能降低,比如電解液電導率的下降、電池阻抗增加、電池循環(huán)容量衰減嚴重等。
雖然給液態(tài)電解質選擇合適的添加劑可以顯著提高電池熱穩(wěn)定性,但液態(tài)電解質仍可能泄漏觸發(fā)安全隱患。但如果將易燃的液態(tài)電解液換成固態(tài)電解質,能降低因為漏液易燃而導致的安全風險,同時也能獲得更好的高溫性能。固態(tài)電解質具有很高的機械強度,能夠有效抑制樹枝狀鋰的形成。不過固體電解質與鋰 金屬界面潤濕性差,電阻不可忽略,需要進一 步研究。
2020年3月29日,比亞迪正式推出“刀片電 池”。這款電池通過結構創(chuàng)新,能去掉模組結構,大幅度提高了體積能量密度,同時該電池在內(nèi)短路時產(chǎn)熱少、散熱快,在電池安全性檢測最嚴苛的針刺試驗中表現(xiàn)優(yōu)異。
4.2電池組散熱系統(tǒng)
電動車輛的動力系統(tǒng)是由多個單體電池串并聯(lián) 的方式形成電池組,電池組散熱不均可能造成局部過熱,嚴重情況下會出現(xiàn)電池熱失控擴散。在鋰離子電池溫度達到危險值之前,應通過散熱系統(tǒng)來避免熱失控。目前針對鋰離子電池的冷卻方式有不同的選擇。
常用的冷卻方式有空氣冷卻、制冷劑冷卻和液體冷卻。近些年針對相變材料的冷卻方式的研究比較火熱。由于相變材料擁有出色的吸熱能力,因此在預防電池熱失控方面展現(xiàn)出很好的前景。相變材料冷卻可以防止針刺穿透引起的熱失控傳播,能將熱失控電池單體的相鄰 電池 所承受的最高溫度降低60℃或更多。
在電池過充電條件下,隨著充電速率的增加,相變材料冷卻效率急劇增加,若使用熔點較低的相變材料(PCM)則會有更好的冷卻效果。對于高功率運行工況下的鋰離子電池組,Zhu等人提出了一種新型的冷卻結構,該結構集成了銅微纖維介質(MFM),主動冷卻結構(即金屬冷卻管)和被動冷卻材料(即相變材料(PCM))。其中MFM具有高導熱率和孔隙率,極大地改善了電池、冷卻管和相變材料之間的熱傳導。
4.3電池安全故障診斷與預警
防止電池熱失控最有效的辦法就是故障診斷與預測。
電池過充意味著可能發(fā)生更嚴重的內(nèi)部故障, 早期診斷出過充電,并通過電池管理系統(tǒng)通知用戶或者自動斷電有助于避免電動汽車發(fā)生安全事故。在過充條件下,電池熱失控前的電壓急劇下降可以作為一種風險預先警告的方法。Zhu等人將過充電故障的評估策略分為了四個層次,這給實際電池的過充電預警提供了一個較好的方式。對于電池內(nèi)部短路的診斷與預測現(xiàn)有不同的方法。
電池熱管理系統(tǒng)需要準確的故障診斷與預測功 能,在電池整體運行狀態(tài)期間實時監(jiān)控熱行為和安全狀態(tài)。電池熱管理應該具有以下三種能力:首先,它可以確保電池在最佳溫度范圍內(nèi)運行。其次,它可以檢測電池故障的關鍵點并發(fā)送警報信息。最后,一旦發(fā)生熱危險,該處理可以有效地抑制熱失控傳播。電動汽車的長期安全可持續(xù)發(fā)展有賴于電池熱管理系統(tǒng)性能的提升。

5結論

目前鋰離子電池的研發(fā)著重于高能量密度電池,而鋰離子電池能量密度提升主要受限于安全問題。頻繁發(fā)生的電動汽車安全事故讓鋰離子電池安全問題得到了更多的重視。因此本文對鋰離子電池安全問題進行了梳理分析。
在實際鋰離子電池的安全事故中,由于電池內(nèi)外部情況錯綜復雜,事故原因通常難以定論。從已有的研究基礎上看,大多鋰離子電池安全研究處于單因素分析,實際原因并非相互獨立還需綜合考慮分析。以鋰離子電池安全機理為指導,未來提高鋰離子電池的安全性研究主要可以從 3個方面來實現(xiàn):首先是改善電池材料,在保證電池安全性的前提下提升能量密度。
未來鋰離子電池的研究設計主要朝正極高熱穩(wěn)定性,負極高電位,隔膜無機化,液態(tài)電解質低可燃性和電解質固態(tài)化的方向發(fā)展;其次是改善鋰離子電池組散熱系統(tǒng),通過優(yōu)化電池系統(tǒng)散熱結構設計,選擇合適 散熱方式,在鋰離子電池溫度達到危險閾值之前通過散熱來有效地預防熱失控 ;最后是完善電池安全故障診斷與預警系統(tǒng)。該系統(tǒng)應該具備有效的電池安全在線檢測診斷與預警功能,能及時根據(jù)電池異常狀態(tài)的嚴重性進行分級報警有效辨識。此外電池預警應防止電池狀態(tài)估計不準確、電磁干擾造成的誤判、誤報。
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