探讨锂离子电池热失控的原因和机理

2020-11-09      1653 次浏览

有关锂离子电池,热失控是最严峻的安全事故,它会引起锂离子电池起火乃至爆炸,直接挟制用户的安全。锂离子电池发生热失控重要是由于内部产热远高于散热速率,在锂离子电池的内部积累了大量的热量,然后引起了连锁反应,导致电池起火和爆炸。


引发热失控的要素很多,总的来说分为两类,内部要素和外部要素。内部要素重要是:电池出产缺陷导致内短路;电池运用不当,导致内部出现锂枝晶引发正负极短路。外部要素重要是:揉捏和针刺等外部要素导致锂离子电池发生短路;电池外部短路形成电池内部热量累积过快;外部温度过高导致SEI膜和正极材料等发生分解。


美国德克萨斯大学阿灵顿分校的KrishnaShah对锂离子电池热失控现象进行了分析,并建立了一套锂离子电池热失控的猜想机制,有关锂离子电池的安全规划具有重要的参考意义。相关研讨闪现,锂离子电池热失控进程重要由一下反应组成:SEI膜分解,电解液和粘结剂发生反应,电解液和正极活性物质发生分解。


影响锂离子电池热失控的要素可以分为两个,一个是电池内部的产热速率,别的一个是锂离子电池的散热速率。传统的热分析东西,一般假定锂离子电池的产热在整个体积内是均匀的,因此这些东西分析以为热失控与电池的热导率无关,这与锂离子电池在实践中的状况是不同的,因此猜想效果也是不精确的。研讨闪现,即便在26650电池内部也存在这很大的热梯度,因此传统的方法和东西无法来精确猜想电池内部和外部的热状态。


为了处理上述问题,KrishnaShah在传统的锂电热分析模型上加入了热导率参数,然后出现了一个无量纲参数热失控数(TRN)。首要KrishnaShah建立了一个电池温度与产热和散热的之间的等式联系,如下所示


对公式之中的产热函数Q(T)在温度为T0处进行泰勒翻开,忽略高阶项可得到如下公式


然后该公式需求通过杂乱的数学求解进程,小编实在看不懂就不给我们介绍了,让我们直接看效果吧。终究推导获得如下效果


在整个操作规划内,都必须满意上述公式才能确保不发生热失控。该公式结合了电池内部热传递kr,电池表面散热μ1,电池产热速率参数β以及电池半径等参数。而电池的产热速率参数β和电池散热以及热导率系数是控制锂离子电池热失控的关键参数,通过增大β值,TRN值也呼应增大,当TRN>1时,电池就会发生热失控,而TRN<1是电池则不会发生热失控,需求留意的是,β并不是一个固定的值,而是跟着温度的升高而不断增大,因此TRN也会随之增大。


电池的散热重要由两步构成,电池内部的热传导和电池外部的热对流,因此在β必定的前提下,就需求调整电池的热导率kr和表面散热参数μ1来确保TRN<1,然后确保电池的安全性。


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