鋰離子電池放電循環(huán)的發(fā)熱特性研究
來源：寶鄂實業(yè)
2020-04-12 21:13
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鋰離子電池放電循環(huán)的熱特性研究
鋰離子電池的加熱特性對電池的熱管理系統(tǒng)的開發(fā)具有重要的意義。本文采用數(shù)值方法對鋰電池放電過程中微熱特性進(jìn)行了研究,和固態(tài)電解質(zhì)的鋰電池放電周期(SEI)電影和歐姆熱的變化規(guī)律進(jìn)行了分析,結(jié)果表明,鋰電池在高速率放電(> 5 c),熱生成的SEI膜的一個重要組成部分鋰電池加熱;隨著放電循環(huán)的進(jìn)展，鋰電池正極粒子表面的SEI呈線性規(guī)律增厚，導(dǎo)致SEI電阻不斷增大。放電環(huán)境溫度越高，鋰電池負(fù)極SEI增厚越快，容量下降越快。
0前言
鋰離子電池具有高比能、放電電壓和良好的循環(huán)壽命等優(yōu)點，被認(rèn)為是純電動汽車(EV)和混合動力汽車(HEV)的最佳儲能裝置之一。熱管理系統(tǒng)是保證大功率鋰電池組安全運行的核心技術(shù)之一。過高的溫度會導(dǎo)致鋰電池表面電解液(SEI)膜的破壞，從而縮短電池的使用壽命，可能導(dǎo)致電池爆炸等安全問題。因此，研究鋰電池在復(fù)雜工況下的熱特性是開發(fā)電池?zé)峥刂萍夹g(shù)的基礎(chǔ)，對動力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的開發(fā)具有重要的科學(xué)指導(dǎo)意義。
目前，主要通過數(shù)值模擬和實驗分析來研究鋰電池的熱特性。提出的柯南道爾在電化學(xué)模型和電池能量方程提出了貝爾納迪,國內(nèi)外學(xué)者的基礎(chǔ)上,開發(fā)了多鋰電池?zé)犭婑詈夏Ｐ?采用熱電耦合模型等計算鋰池在不同溫度下的放電特性,和溫度的影響分析和相關(guān)參數(shù)對鋰電池放電特性。
利用熱電耦合模型計算了纏繞鋰離子電池的溫度。J.v. azquez-arenas等人利用熱電耦合模型模擬方形鋰離子電池，研究了電池溫度對其放電特性和鋰離子濃度分布的影響，定量分析了不同熱源對電池發(fā)熱值的影響。目前，對鋰電池?zé)崽匦缘难芯看蠖嗖捎脽犭婑詈夏Ｐ停鴮︿囯姵氐娜萘客嘶瘑栴}考慮較少。在鋰電池的充放電循環(huán)過程中，負(fù)極膜會由于沉積而逐漸加厚，導(dǎo)致鋰電池內(nèi)阻增大，從而導(dǎo)致鋰電池的升溫速率顯著增大。在鋰電池?zé)犭婑詈夏Ｐ椭?，考慮了循環(huán)衰減問題，分析了溫度對鋰電池容量衰減的影響。但該模型所建立的模型和研究成果僅適用于該模型所研究的特定鋰電池，缺乏通用性。
本文應(yīng)用電池的熱電比例模型，考慮了電池周期衰減過程中SEI變化對電池產(chǎn)熱的影響。詳細(xì)分析了鋰電池循環(huán)過程中的熱量變化以及溫度對電池壽命的影響，得出以下結(jié)論:
1. 在鋰電池高速放電過程中(>5c)， SEI膜產(chǎn)生的熱量是鋰電池產(chǎn)生熱量的重要組成部分，占總熱量的14%以上;
2. 隨著放電循環(huán)的發(fā)展，鋰電池負(fù)極SEI逐漸增厚，放電環(huán)境溫度越高，SEI增長越快，容量下降越快;
3.SEI的厚度和電阻隨放電次數(shù)的增加而線性增加。
4. 鋰電池放電過程中SEI產(chǎn)生的熱量和溫升會隨著放電循環(huán)次數(shù)的增加而逐漸增大。
