探討鋰離子電池?zé)崾Э氐脑蚝蜋C(jī)理
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2020-02-17 19:21
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關(guān)于鋰離子電池，熱失控是最嚴(yán)峻的安全事故，它會(huì)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(fā)生熱失控主要是由于內(nèi)部產(chǎn)熱遠(yuǎn)高于散熱速率，在鋰離子電池的內(nèi)部積累了大量的熱量，然后引起了連鎖反應(yīng)，導(dǎo)致電池起火和爆炸。
引發(fā)熱失控的要素很多，總的來說分為兩類，內(nèi)部要素和外部要素。內(nèi)部要素主要是：電池出產(chǎn)缺陷導(dǎo)致內(nèi)短路;電池運(yùn)用不當(dāng)，導(dǎo)致內(nèi)部產(chǎn)生鋰枝晶引發(fā)正負(fù)極短路。外部要素主要是：揉捏和針刺等外部要素導(dǎo)致鋰離子電池發(fā)生短路;電池外部短路形成電池內(nèi)部熱量累積過快;外部溫度過高導(dǎo)致SEI膜和正極材料等發(fā)生分解。
美國(guó)德克薩斯大學(xué)阿靈頓分校的Krishna Shah對(duì)鋰離子電池?zé)崾Э噩F(xiàn)象進(jìn)行了分析，并建立了一套鋰離子電池?zé)崾Э氐牟孪霗C(jī)制，關(guān)于鋰離子電池的安全規(guī)劃具有重要的參考意義。相關(guān)研討閃現(xiàn)，鋰離子電池?zé)崾Э剡M(jìn)程主要由一下反應(yīng)組成：SEI膜分解，電解液和粘結(jié)劑發(fā)生反應(yīng)，電解液和正極活性物質(zhì)發(fā)生分解。
影響鋰離子電池?zé)崾Э氐囊乜梢苑譃閮蓚€(gè)，一個(gè)是電池內(nèi)部的產(chǎn)熱速率，別的一個(gè)是鋰離子電池的散熱速率。傳統(tǒng)的熱分析東西，一般假定鋰離子電池的產(chǎn)熱在整個(gè)體積內(nèi)是均勻的，因此這些東西分析以為熱失控與電池的熱導(dǎo)率無關(guān)，這與鋰離子電池在實(shí)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(xiàn)，即便在 26650電池內(nèi)部也存在這很大的熱梯度，因此傳統(tǒng)的方法和東西無法來精確猜想電池內(nèi)部和外部的熱狀態(tài)。
為了處理上述問題，Krishna Shah在傳統(tǒng)的鋰電熱分析模型上加入了熱導(dǎo)率參數(shù)，然后產(chǎn)生了一個(gè)無量綱參數(shù)——熱失控?cái)?shù)（TRN）。首要Krishna Shah建立了一個(gè)電池溫度與產(chǎn)熱和散熱的之間的等式聯(lián)系，如下所示
對(duì)公式之中的產(chǎn)熱函數(shù)Q（T）在溫度為T0處進(jìn)行泰勒翻開，忽略高階項(xiàng)可得到如下公式
然后該公式需求通過雜亂的數(shù)學(xué)求解進(jìn)程，小編實(shí)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(dǎo)獲得如下效果
在整個(gè)操作規(guī)劃內(nèi)，都必須滿意上述公式才能確保不發(fā)生熱失控。該公式結(jié)合了電池內(nèi)部熱傳遞kr，電池表面散熱μ1，電池產(chǎn)熱速率參數(shù)β以及電池半徑等參數(shù)。而電池的產(chǎn)熱速率參數(shù)β和電池散熱以及熱導(dǎo)率系數(shù)是控制鋰離子電池?zé)崾Э氐年P(guān)鍵參數(shù)，通過增大β值，TRN值也呼應(yīng)增大，當(dāng)TRN>1時(shí)，電池就會(huì)發(fā)生熱失控，而TRN<1是電池則不會(huì)發(fā)生熱失控，需求留意的是，β并不是一個(gè)固定的值，而是跟著溫度的升高而不斷增大，因此TRN也會(huì)隨之增大。
電池的散熱主要由兩步構(gòu)成，電池內(nèi)部的熱傳導(dǎo)和電池外部的熱對(duì)流，因此在β必定的前提下，就需求調(diào)整電池的熱導(dǎo)率kr和表面散熱參數(shù)μ1來確保TRN<1，然后確保電池的安全性。
