鉅大鋰電 | 點擊量:0次 | 2020年11月09日
探討鋰離子電池熱失控的原因和機理
有關鋰離子電池,熱失控是最嚴峻的安全事故,它會引起鋰離子電池起火乃至爆炸,直接挾制用戶的安全。鋰離子電池發生熱失控重要是由于內部產熱遠高于散熱速率,在鋰離子電池的內部積累了大量的熱量,然后引起了連鎖反應,導致電池起火和爆炸。
引發熱失控的要素很多,總的來說分為兩類,內部要素和外部要素。內部要素重要是:電池出產缺陷導致內短路;電池運用不當,導致內部出現鋰枝晶引發正負極短路。外部要素重要是:揉捏和針刺等外部要素導致鋰離子電池發生短路;電池外部短路形成電池內部熱量累積過快;外部溫度過高導致SEI膜和正極材料等發生分解。
美國德克薩斯大學阿靈頓分校的KrishnaShah對鋰離子電池熱失控現象進行了分析,并建立了一套鋰離子電池熱失控的猜想機制,有關鋰離子電池的安全規劃具有重要的參考意義。相關研討閃現,鋰離子電池熱失控進程重要由一下反應組成:SEI膜分解,電解液和粘結劑發生反應,電解液和正極活性物質發生分解。
影響鋰離子電池熱失控的要素可以分為兩個,一個是電池內部的產熱速率,別的一個是鋰離子電池的散熱速率。傳統的熱分析東西,一般假定鋰離子電池的產熱在整個體積內是均勻的,因此這些東西分析以為熱失控與電池的熱導率無關,這與鋰離子電池在實踐中的狀況是不同的,因此猜想效果也是不精確的。研討閃現,即便在26650電池內部也存在這很大的熱梯度,因此傳統的方法和東西無法來精確猜想電池內部和外部的熱狀態。
為了處理上述問題,KrishnaShah在傳統的鋰電熱分析模型上加入了熱導率參數,然后出現了一個無量綱參數熱失控數(TRN)。首要KrishnaShah建立了一個電池溫度與產熱和散熱的之間的等式聯系,如下所示
對公式之中的產熱函數Q(T)在溫度為T0處進行泰勒翻開,忽略高階項可得到如下公式
然后該公式需求通過雜亂的數學求解進程,小編實在看不懂就不給我們介紹了,讓我們直接看效果吧。終究推導獲得如下效果
在整個操作規劃內,都必須滿意上述公式才能確保不發生熱失控。該公式結合了電池內部熱傳遞kr,電池表面散熱μ1,電池產熱速率參數β以及電池半徑等參數。而電池的產熱速率參數β和電池散熱以及熱導率系數是控制鋰離子電池熱失控的關鍵參數,通過增大β值,TRN值也呼應增大,當TRN>1時,電池就會發生熱失控,而TRN<1是電池則不會發生熱失控,需求留意的是,β并不是一個固定的值,而是跟著溫度的升高而不斷增大,因此TRN也會隨之增大。
電池的散熱重要由兩步構成,電池內部的熱傳導和電池外部的熱對流,因此在β必定的前提下,就需求調整電池的熱導率kr和表面散熱參數μ1來確保TRN<1,然后確保電池的安全性。
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