鋰離子電池溫度過高會怎么樣？
來源：寶鄂實業(yè)
2019-09-09 12:23
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鋰離子電池系統(tǒng)反應(yīng)的熱動力學(xué)。有的地方可能跟艾老師有點相象，我們主要做的，在鋰離子電池當時，不同的荷電狀態(tài)我們解剖開來，電池與電解液的反應(yīng)怎么樣、發(fā)生的熱量怎么樣，包括正極和電解液的反應(yīng)、負極和電解液的反應(yīng)，荷電狀態(tài)與產(chǎn)熱的關(guān)系。這是負極，剛剛艾老師講也有SCI膜，根據(jù)不同的材料、不同的成形分解溫度是不一樣的，而且反應(yīng)開始也是從SCI膜開始的。
對整個電池來講，它的發(fā)熱是由多個反應(yīng)疊加而成的，在這樣的情況下我怎么樣把這個疊加的反應(yīng)給它解耦解出來。我們用了數(shù)學(xué)的方法和幾何、化學(xué)等這樣一些測量不同溫度下的產(chǎn)物，再用數(shù)學(xué)的像去卷積風(fēng)險方法、遺傳算法這樣的方法，把整個全電池的反應(yīng)放熱系統(tǒng)可以把它分成若干個反應(yīng)，比如說對整電池我們就可以變成ABCDEF這么六個分反應(yīng)，從而厘清了各個分布反應(yīng)過程它對電池?zé)崾Э氐囊粋€貢獻，同時我也能做出各個分布過程的動力學(xué)參數(shù)和熱力學(xué)參數(shù)。
電池材料的化學(xué)反應(yīng)，是要到達一定的溫度才能進行化學(xué)反應(yīng)。一定溫度之前熱量怎么來？我們也做了，在正常得充放電情況下，包括其他濫用情況下它物理的產(chǎn)熱，這個產(chǎn)熱比如循環(huán)儀加上絕熱加速量熱儀，來測量在不同的充放電倍率情況下物理的現(xiàn)象產(chǎn)生的熱量，這個熱量如果不及時導(dǎo)出去，就會使電池體系溫度升高，引起電池的化學(xué)反應(yīng)，最后造成電池的失控。這個基礎(chǔ)上我們建立了耦合電化學(xué)模型和熱電耦合電池?zé)崾Э啬Ｐ停⑶乙舶l(fā)展了電池?zé)崾Э仡A(yù)測軟件。
第三部分，了解清楚了電池?zé)崾Э貦C制以后，我們看電池發(fā)生火災(zāi)以后的危險性怎么樣，電池和電池包之間火焰是怎么傳播的。
我們用了ISO9705標準的大型鋰離子電池火災(zāi)危險性側(cè)室平臺，我們可以測50，200安時大型鋰離子電池在不同荷電狀態(tài)下的火災(zāi)危險性，比如我們做了以前鈷酸鋰的、錳酸鋰的，現(xiàn)在磷酸鐵鋰的，包括三元材料的等等。
通過這個實驗我們發(fā)覺，對于不同的荷電狀態(tài)火災(zāi)特性是不一樣的，比如說荷電狀態(tài)比較高的，百分之百荷電狀態(tài)的時候，發(fā)現(xiàn)這個火有多次射流火的狀態(tài)存在，比如開始著火了，限壓閥打開以后火噴出來噴的老遠，噴出來以后火小了，有一個小小的穩(wěn)定火，過一段時間以后火又噴的很高，反反復(fù)復(fù)，有多次射流火的存在，最后把這個電池?zé)辍Ｍ瑫r我們用剛才講的熱釋放速率測量平臺，測量了鋰電池在火災(zāi)情況下的放射行為，它放的熱量到底多大，不同SOC狀態(tài)的時候它的熱量是多少。
同時我們也針對一個模組、一個PACK里面有好多電池，某一個電池失控的時候?qū)χ車姵厥窃趺磦鞑サ模ㄟ^一個實驗包括測量熱釋放速率等等手段，表征了火災(zāi)熱釋放模型整個過程。有兩個電池的、三個電池的、四個電池的包括九個電池的、十六個電池的都做了，最后建立了電池模組內(nèi)部傳播的一個火焰模型。
第四部分，我們搞清楚了電池的火災(zāi)特性以后怎么樣提高電池的安全性。有本質(zhì)安全、有過程安全，還有最后的消防安全。
本質(zhì)安全，還是通過前面機理的研究，我們發(fā)現(xiàn)里面的電解液與負極的反應(yīng)跟正極的反應(yīng)放出熱量是最多的，是一個熱失控主控的反應(yīng)，我們首先提出了微型滅火器，就是在電解液當中引入了微型滅火器的概念，形成了阻燃電解液，基本上是燒不著的，而且它的電循環(huán)性能跟傳統(tǒng)的電解液不比那個差，做的電池用針刺的時候都不會著火。
本質(zhì)安全，我們對于電池的安全來講可能是作為第一道防線。下面完完全全讓電池不著火是不可能的，電池可能還會有一定著火的概率，這個時候我們對電池著火進行預(yù)測預(yù)警。預(yù)測預(yù)警我們是怎么做的呢？對于不同類型的、不同大小的、不同荷電狀態(tài)的鋰離子電池，我人為的使它熱失控，這個失控包括過充、外短路、內(nèi)短路、環(huán)境加熱等等，我來測量電池的比如外表面的溫度，電池的斷電壓、電池的內(nèi)阻等等這樣的參數(shù)，再結(jié)合電池的結(jié)構(gòu)以及傳熱模型，我們找出能夠來表征這個電池?zé)崾Э氐囊粋€預(yù)警參數(shù)，這個預(yù)警參數(shù)有的是多參數(shù)的。
這個就是我們做的一些實驗，比如這個是18650的，給它均勻升溫時候的熱失控，右邊是42安時的軟包電池過充的一個熱失控實驗，從而找出它發(fā)生失控的臨界參數(shù)。
最后發(fā)展一個預(yù)警的方法，比如說我們對南方電網(wǎng)的儲能電站，鈦酸鋰電池的，通過我們對它所用電池的熱失控參數(shù)的實驗，提取了判別參數(shù)，我們給出了三級報警和控溫的策略。同時我們還對電池著了火以后怎么去滅火進行了系統(tǒng)的研究，這里面我們研究了不同的滅火介質(zhì)，包括水、丙烷、二氧化碳、氮氣等等，這些都去進行過嘗試，嘗試下來，對于我們鋰離子電池滅火來講，不僅僅要滅掉它的明火，而且要對鋰離子電池降溫。
