上傳人：1***

認(rèn)證信息

認(rèn)證類型：個(gè)人認(rèn)證

認(rèn)證主體：劉**（實(shí)名認(rèn)證）

IP屬地：廣東

IP屬地：廣東 上傳時(shí)間：2023-10-29 格式：DOCX 頁數(shù)：3 大?。?9.24KB 積分：12 舉報(bào) 版權(quán)申訴

鋰離子電池?zé)岚踩苑治?/p>

由于能量密度高、輸出高、充電壽命長(zhǎng)、污染、工作量大、自放電性低等優(yōu)點(diǎn)，越來越多的應(yīng)用已經(jīng)實(shí)現(xiàn)。從信息技術(shù)到能源運(yùn)輸，從宇宙到水下，離子電池占有重要地位。鋰離子電池在為人類造福的同時(shí),也給我們帶來了一定的災(zāi)難,1995年和1997年,日本發(fā)生大規(guī)模鋰離子電池火災(zāi)。世界各地時(shí)常發(fā)生手機(jī)鋰電池爆炸事故。這說明鋰離子電池的廣泛應(yīng)用還存在安全問題,因此,亟待研究并解決。1活性物質(zhì)的提取鋰離子電池主要由正極活性材料,易燃有機(jī)電解液和碳負(fù)極等構(gòu)成。因此,鋰離子電池的安全性主要是由這些組件間的化學(xué)反應(yīng)引起,活性物質(zhì)起著主要的作用。碳負(fù)極、正極活性物質(zhì)、電解液等都會(huì)在正常使用和濫用情況下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而放出熱量,引起電池的升溫,進(jìn)一步促使反應(yīng)的加劇,當(dāng)熱量積累到一定程度的時(shí)候,便有著火和爆炸的危險(xiǎn)。1.1溫度上升的結(jié)果鋰離子電池體系內(nèi)部的放熱現(xiàn)象是一種由化學(xué)反應(yīng)引發(fā)的熱現(xiàn)象,其著火是一種熱著火現(xiàn)象。如果鋰離子電池體系內(nèi)的熱生成速率大于熱散失速率,則體系內(nèi)反應(yīng)物的溫度就會(huì)不斷上升。溫度上升的結(jié)果,可造成以下兩種極端情況:(1)反應(yīng)物質(zhì)的溫度達(dá)到其著火溫度而發(fā)生火災(zāi);(2)由于鋰離子電池形成的是一個(gè)封閉體系,當(dāng)體系內(nèi)部溫度上升,使體系內(nèi)部的反應(yīng)速度進(jìn)一步加快,溫度進(jìn)一步升高,使得反應(yīng)物蒸氣壓急劇上升的同時(shí),活性物質(zhì)的分解、活性物質(zhì)和電解液的反應(yīng)都會(huì)產(chǎn)生一定量的氣體,其結(jié)果,在缺少安全閥或安全閥失效的情況下,電池內(nèi)壓便會(huì)急劇上升而引起爆炸。所以,鋰離子電池的爆炸是由于反應(yīng)熱蓄積而引起的熱爆炸。1.2抗泄漏劑的包著鋰離子電池分為液態(tài)鋰離子電池(LIB)和聚合物鋰離子電池(PLIB)。液態(tài)鋰離子電池的電池芯里面有很多電解液,有個(gè)堅(jiān)硬的金屬殼包著防止泄漏。在電池的使用過程中,尤其是在濫用時(shí),可能發(fā)生分解反應(yīng),并有氣體產(chǎn)生,引起電池的氣漲。當(dāng)受到物理損壞時(shí),發(fā)生電解液泄漏,由于電解液多是易燃物質(zhì),易于引發(fā)著火。對(duì)于聚合物鋰離子電池,由于采用不流動(dòng)的電解質(zhì),該電池沒有液體,所以沒有泄漏問題,安全性較好。2鋰離子電池的制備方法電池體系的溫度由電池的產(chǎn)熱和散熱來決定,產(chǎn)熱主要是由電池材料之間的放熱反應(yīng)決定,而散熱主要受電池的導(dǎo)熱系數(shù)和外界環(huán)境影響。鋰離子電池主要放熱反應(yīng)有:(1)固液膜(Solidelectrolyteinterface,SEI)的分解;(2)負(fù)極與電解液的反應(yīng);(3)嵌入鋰與氟化黏合劑的反應(yīng);(4)電解液分解;(5)正極活性物質(zhì)分解;(6)負(fù)極的熱分解;(7)電池放電時(shí)由于熵變、極化電阻和歐姆電阻存在而產(chǎn)熱。這些材料之間的相互反應(yīng)及其產(chǎn)熱量的多少,決定了鋰離子電池的安全程度。因此,可通過對(duì)電池材料相互之間反應(yīng)產(chǎn)熱特性的研究,改善電池材料的反應(yīng)活性,提高鋰離子電池的安全性,同時(shí)為鋰離子電池?zé)崮Ｐ偷慕⑻峁┎牧蠠崽匦詤?shù)。3關(guān)于離子熱模型的研究3.1建立電化學(xué)模型熱模型的建立是為了確保能有效的對(duì)電池進(jìn)行正常管理、預(yù)測(cè)和減少熱濫用。熱模型用來模擬電池的熱特性,預(yù)測(cè)電池內(nèi)部和外部的溫度,提高設(shè)計(jì)過程的效率,減少產(chǎn)品開發(fā)時(shí)間,更好地進(jìn)行電池設(shè)計(jì)。模型包括電池材料的特性、確定熱量產(chǎn)生的基本化學(xué)反應(yīng),有助于開發(fā)和改善電池的材料。除了建立熱模型外,也有必要建立電化學(xué)模型,用來模擬隨溫度變化時(shí)電池的電特性、化學(xué)反應(yīng)和熱傳導(dǎo)特性。熱模型的建立,通常可通過兩種途徑,量熱儀途徑和化學(xué)反應(yīng)途徑。采用量熱儀建立熱模型是在簡(jiǎn)化的電池結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,使用所測(cè)量的組件的熱特性(滿足Arrhenius熱反應(yīng)能量方程)構(gòu)造充電狀態(tài)函數(shù),包括正極/電解液、負(fù)極/電解液和電解液等分解反應(yīng)。使用散裝材料的特性來確定函數(shù)所需的電池元件的熱容和導(dǎo)熱系數(shù)。計(jì)算電池內(nèi)部的產(chǎn)熱速率,包括充電狀態(tài)函數(shù)、充電/放電速率、溫度和電池元件的反應(yīng),并計(jì)算出不同狀態(tài)下的總熱量的產(chǎn)生。通過化學(xué)反應(yīng)途徑來建立模型需要確定每個(gè)主要貢獻(xiàn)熱的化學(xué)反應(yīng),確定這些反應(yīng)的反應(yīng)速度和活化能。預(yù)測(cè)電極上反應(yīng)的產(chǎn)物種類,算出產(chǎn)熱的貢獻(xiàn)量。最后,為了能夠模擬整個(gè)電池的熱行為,需要計(jì)算電池產(chǎn)熱量和散熱量,因而還需要電池材料的熱特性數(shù)據(jù)。3.2產(chǎn)熱速度的確定將鋰離子電池看作一個(gè)系統(tǒng),與外界進(jìn)行能量交換,而不進(jìn)行物質(zhì)的交換,因此鋰離子電池產(chǎn)熱問題遵循下式能量平衡:式中,T是溫度,t是時(shí)間,ρ是電池密度,Cp是熱容,k熱傳導(dǎo)性,x、y和z是空間維數(shù),q是產(chǎn)熱速率。產(chǎn)熱速率q按下式計(jì)算:其中,I是電流,E是電池電壓,Eemf是平衡電池電壓。計(jì)算的電池底端溫度和中部溫度與充放電實(shí)驗(yàn)的結(jié)果符合較好。假設(shè)電池是均勻產(chǎn)熱,通過實(shí)測(cè)確定產(chǎn)熱速度。采用文獻(xiàn)報(bào)道的平均值和估算電池組件的特性來確定熱傳導(dǎo)性k。計(jì)算表明,即使是大型電池(20cm×20cm×20cm),電池溫度也達(dá)不到最大值,溫度斜率也不大。在電池中心設(shè)定內(nèi)部產(chǎn)熱速率來模擬濫用行為,在短時(shí)間內(nèi)就得到很高的溫度和時(shí)間～溫度曲線。這些模擬計(jì)算表明,即使在局部?jī)?nèi)部短路情況下也可發(fā)生熱失控。Hallaj等人開發(fā)了簡(jiǎn)單的一維模型,模擬結(jié)果與Sony18650電池實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。他們使用該模型模擬大型電池(10Ah～100Ah)的熱特性,發(fā)現(xiàn)在使用高的放電速率(1C)時(shí),內(nèi)部溫度增加60℃。Sato比較了實(shí)驗(yàn)和模型預(yù)測(cè)的80Ah鋰離子電池的放電溫度,并得到一致的結(jié)果。Funahashi等人使用和Kanari等相似的模型,與250Wh電池的實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行了比較,發(fā)現(xiàn)模擬以1C放電到60%放電程度(DOD)時(shí)的表面溫度,與實(shí)測(cè)溫度非常吻合。在更高的DOD時(shí),模型預(yù)測(cè)的溫度偏高(模型模擬的是36℃,測(cè)量的是30℃)。該偏差很可能是因?yàn)镮和E的數(shù)據(jù)是從小型電池的實(shí)驗(yàn)得到的,不能代表大型電池的I和E行為。因?yàn)闇囟仍黾訒r(shí),極化程度降低,大型電池產(chǎn)熱量比模型預(yù)測(cè)量少。目前已有模擬歐姆和極化電壓損失的熱模型,這些模型能很好預(yù)測(cè)小型鋰離子電池的電流-電壓變化。4化學(xué)放熱反應(yīng)鋰離子電池爆炸等事故的發(fā)生,主要是有電池材料間的化學(xué)反應(yīng)引起,尤其是在充電過程充電或大電流通過時(shí),活性物質(zhì)的活性增強(qiáng),更容易引起化學(xué)放熱