動力鋰電池?zé)崾Э氐脑蚴鞘裁??解決動力鋰電池?zé)崾Э氐闹饕椒ń榻B
來源:寶鄂實(shí)業(yè)
2020-10-06 14:55
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(1)機(jī)械濫用
主要發(fā)生在汽車碰撞時(shí),由于外力的作用,鋰電池單體、電池組發(fā)生變形,自身不同部位發(fā)生相對位移,導(dǎo)致電池隔膜被撕裂并發(fā)生內(nèi)部短路; 易燃電解質(zhì)泄漏最終引發(fā)起火。在機(jī)械濫用中,穿刺傷害最為嚴(yán)重,它可能會導(dǎo)體插入電池本體,造成正負(fù)極直接短路。相比之下,碰撞、擠壓等,只是概率性的發(fā)生內(nèi)短路,穿刺過程熱量的生成更加劇烈,引發(fā)熱失控的概率更高。
(2)電濫用
電濫用主要是對電池的使用不當(dāng)造成的,有外部短路、過度充電和過度放電幾種類型。其中,過渡放電導(dǎo)致的危害最小,但是由于過放造成的銅枝晶的增長會降低電池的安全性從而增加熱失控的幾率。外部短路是在兩個(gè)存在壓差的導(dǎo)體在電芯外部接通導(dǎo)致的結(jié)果,當(dāng)外部短路發(fā)生時(shí),電池產(chǎn)生的熱量無法很好的散去時(shí),電池溫度也會隨之上升,高溫觸發(fā)熱失控。
過度充電是電濫用中危害最高的一種。由于過量的鋰嵌入,鋰枝晶在陽極表面生長。其次,鋰的過度脫嵌導(dǎo)致陰極結(jié)構(gòu)因發(fā)熱和氧釋放而崩潰(NCA陰極的氧釋放)。氧氣的釋放加速了電解質(zhì)的分解,產(chǎn)生大量氣體。由于內(nèi)部壓力的增加,排氣閥打開,電池開始排氣。電芯中的活性物質(zhì)與空氣接觸以后,發(fā)生劇烈反應(yīng),放出大量的熱,從而引發(fā)電池包的燃燒起火。
(3)熱濫用
熱濫用主要指在電池中的局部過熱,很少獨(dú)立存在,往往是通過機(jī)械濫用和電氣濫用發(fā)展而來,并且是最終直接觸發(fā)熱失控等事故的一種情況。熱濫用一般多為外部環(huán)境高或者在溫度控制系統(tǒng)不起作用下導(dǎo)致的電池?zé)崃窟^高從而造成的短路,從而引發(fā)熱失控。從原因上說,熱濫用的原因是最為復(fù)雜的,電池包的碰撞、損壞,電池內(nèi)部的結(jié)構(gòu)、性能或是其他熱管理系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)的失靈都可能導(dǎo)致熱濫用的發(fā)生。
(4)內(nèi)部短路
內(nèi)部短路是由電池的正負(fù)極直接接觸,當(dāng)然接觸的程度不同,引發(fā)的后續(xù)反應(yīng)也差別很大,通常由機(jī)械和熱量濫用引起的大規(guī)模內(nèi)部短路將直接導(dǎo)致熱濫用。引發(fā)內(nèi)部短路原因同樣復(fù)雜,比如鋰離子電池過度充電,枝晶積累到一定程度導(dǎo)致刺穿電池隔膜,從而發(fā)生內(nèi)部短路 或是碰撞、穿刺傷害之后直接導(dǎo)致正負(fù)極接觸而導(dǎo)致熱失控。與外部因素產(chǎn)生的內(nèi)部短路相比,源于電池制造過程中自發(fā)的缺陷而引起的內(nèi)部短路,程度比較輕微,先天內(nèi)部短路產(chǎn)生的熱量很少,并不會立即觸發(fā)熱失控。而且這種內(nèi)在缺陷會經(jīng)過一段時(shí)間才會演化為程度較輕的內(nèi)短路。
動力鋰電池
針對鋰離子電池熱失控的情況,目前國內(nèi)主流的解決方法主要從外部保護(hù)和內(nèi)部改進(jìn)兩個(gè)方面進(jìn)行改進(jìn)。外部保護(hù)主要是指系統(tǒng)方面的升級改進(jìn),內(nèi)部改進(jìn)是指針對電池本身進(jìn)行提高。
(1)冷卻方式的提升
熱管理系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)控制溫度,確保電池一直處在一個(gè)合理的運(yùn)行溫度下。通常,熱管理系統(tǒng)由整車控制器控制,在電池包溫度異常時(shí),通過空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行及時(shí)散熱或者加熱,保證電池安全以及壽命。電池的散熱方式根據(jù)導(dǎo)熱方式和介質(zhì)的不同而分為四項(xiàng):空氣冷卻(風(fēng)冷)、液體冷卻(水冷)、相變材料(固體)、和結(jié)合冷卻(風(fēng)冷/水冷 + 固體冷卻)幾種。
(2)內(nèi)部材料及結(jié)構(gòu)的改進(jìn)
內(nèi)部改進(jìn)即從電芯內(nèi)部的材料結(jié)構(gòu)上進(jìn)行改造,從而使電池具備更好的耐熱、散熱性能。以目前的研究熱點(diǎn)來說,發(fā)展固態(tài)電解液;對正負(fù)極進(jìn)行結(jié)構(gòu)改造;以及引入安全性更高的隔膜材料都是從內(nèi)部提升電池?zé)嵝阅艿闹髁鞣椒ㄖ弧?br />
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