【鋰離子電池電熱失控問題探究文獻(xiàn)綜述3600字】

鋰離子電池電熱失控問題研究國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)綜述目錄TOC\o"1-2"\h\u19698鋰離子電池電熱失控問題研究國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)綜述 183831國(guó)內(nèi)外鋰離子電池研究歷程 12611212不同荷電狀態(tài)下受熱的鋰離子電池?zé)崾Э匮芯?332437參考文獻(xiàn) 41國(guó)內(nèi)外鋰離子電池研究歷程鋰離子電池作為清潔、無(wú)污染的新型儲(chǔ)能裝置成為諸多領(lǐng)域的主要?jiǎng)恿?yīng)源，其在日常應(yīng)用過(guò)程中會(huì)遇到的普遍問題即為電池容量的衰減致使的電池老化，導(dǎo)致容量衰減較為常見的因素有電池的長(zhǎng)循環(huán)充放電、過(guò)充過(guò)放等，這由鋰離子電池的正負(fù)極材料及工作原理決定。在目前國(guó)內(nèi)外開展的研究工作中，對(duì)鋰離子電池循環(huán)過(guò)充放電及電極材料的影響機(jī)理的研究取得了一定進(jìn)展。長(zhǎng)循環(huán)或者以較大電流充放電時(shí)會(huì)引起鋰離子電池內(nèi)阻發(fā)生變化。在實(shí)際應(yīng)用中，由于各種人為原因，鋰離子的電池通常會(huì)過(guò)度充電或過(guò)度放電。因此，對(duì)鋰離子電池的過(guò)充和過(guò)放進(jìn)行研究，不僅可以弄清電池在過(guò)充和過(guò)放過(guò)程中的熱行為，而且可以加深對(duì)鋰離子電池過(guò)充和過(guò)放熱失控原因的認(rèn)識(shí)，掌握失控發(fā)熱的主要原因。國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)過(guò)充鋰離子電池的熱失控安全性進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。2017年，葉佳娜[13]通過(guò)定量測(cè)定過(guò)充和熱失控的臨界條件，從三個(gè)方面研究了電池過(guò)充和熱失控的機(jī)理，為鋰離子電池的工業(yè)應(yīng)用提供了理論依據(jù)和技術(shù)支持。顧宗玉等人[14]于2018年對(duì)鋰離子電池在過(guò)充條件下的熱失控爆炸事故進(jìn)行了研究，選取了100%SOC、50%SOC和0%SOC的電池進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，得出了隨著荷電狀態(tài)的變化，鋰離子電池?zé)崾Э胤磻?yīng)后的痕跡特征有很大的不同的實(shí)驗(yàn)結(jié)論。2019年，朱曉慶等[15]以鋰離子動(dòng)力電池單體為研究對(duì)象,研究其在不同充電倍率條件下的行為特性。結(jié)論指出充電倍率的增大會(huì)使鋰電池?zé)崾Э胤逯禍囟燃半妷憾忌撸溲芯繛殇囯x子電池的安全性設(shè)計(jì)及如何管理電池故障提供了建議。事實(shí)上，關(guān)于過(guò)充放電對(duì)鋰離子電池安全性能的影響國(guó)外也進(jìn)行了許多相關(guān)的研究。2019年，Huang等[16]研究了不同的電池封裝方式對(duì)鋰離子電池過(guò)充電時(shí)的熱失控行為的影響。其根據(jù)電壓和溫度曲線，將整個(gè)過(guò)充電過(guò)程分為五個(gè)階段。并得出了袋式電池組表現(xiàn)出比棱柱型電池組更好的熱行為特性和耐過(guò)充能力，這些結(jié)果為電池系統(tǒng)的安全和熱管理設(shè)計(jì)提供了支持。Li等[17]于2019年通過(guò)阻抗的方法表征了電池在過(guò)充電過(guò)程中的發(fā)熱量，驗(yàn)證了過(guò)充過(guò)程中模擬的表面溫度結(jié)果，表明中頻阻抗法具有較好的等效電阻和表面溫度估計(jì)精度，這為鋰離子電池的安全應(yīng)用提供了幫助。2020年，Liu等[18]基于增量容量分析和電化學(xué)阻抗譜，研究了鋰離子電池在輕微過(guò)充循環(huán)下的老化行為和機(jī)理。指出輕微的過(guò)充電加速了電池老化的主要原因是由于活性物質(zhì)的損失。這為鋰離子電池的壽命延長(zhǎng)提供了理論依據(jù)。鋰離子電池的電極材料決定了其在不同應(yīng)用場(chǎng)景中的不同性能，目前常用的鋰離子電池負(fù)極材料為石墨，也有更為理想的硅基等負(fù)極材料，而常用的正極材料種類較多，比較普遍的有三元、錳酸鋰、磷酸鐵鋰、等正極材料[19,20]。不同電極材料的鋰離子電池表現(xiàn)出來(lái)的電化學(xué)性能明顯不同。為探究這一問題，諸多學(xué)者就新型電極材料的制備及其適用時(shí)對(duì)鋰離子電池性能上帶來(lái)的影響展開了研究。2018年Zhu等人[21]通過(guò)對(duì)過(guò)氧鈦酸鈉絡(luò)合物溶液的超臨界水受熱和酸洗，合成了鋰鎂石型鈦酸鹽分級(jí)球(W-THSS)。W-THSS具有高比表面積(183.6㎡/g)的介孔網(wǎng)絡(luò)，在長(zhǎng)循環(huán)后仍能保持較高的放電容量，被認(rèn)為是高功率鋰離子電池的理想負(fù)極材料。2020年，Xia等[22]通過(guò)固相法合成了一種新型的負(fù)轉(zhuǎn)換電極材料——偏磷酸錳(II)Mn(PO3)2。其碳涂層在0.1C和1C時(shí)的可逆容量分別達(dá)到477mAh/g和385mAh/g。為新型負(fù)極材料的制備及研究提供了方法。2020年Lu等[23]概述了有機(jī)電極材料的歷史和氧化還原過(guò)程，從能源效率、成本和資源利用率等方面進(jìn)行了評(píng)估，指出了有機(jī)電極材料在鋰電池中的應(yīng)用前景和面臨的挑戰(zhàn)。對(duì)于鋰離子電池電極材料的制備研究以及其電化學(xué)性能改善的研究，國(guó)內(nèi)學(xué)者也做了許多工作。2020年牟粵等[24]對(duì)表征技術(shù)在鋰離子電池電極材料應(yīng)用中的研究做了相關(guān)綜述，討論了這一技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中的優(yōu)缺點(diǎn)，并對(duì)其應(yīng)用前景進(jìn)行了展望。2020年程方益等人[25]通過(guò)沉淀轉(zhuǎn)換方法，成功研制出了性能優(yōu)良的Li1.2Mn0.54Co0.13Ni0.13O2鋰離子電池正極材料，證實(shí)了此方法在電極材料合成過(guò)程中的優(yōu)越性。除此之外，2020年韋聰聰[26]通過(guò)共沉淀的方法合成了鋰離子電池錳基正極材料,并對(duì)其電化學(xué)性能和機(jī)理進(jìn)行了研究和探索,通過(guò)XRD觀察其結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)其表現(xiàn)出良好的高溫電化學(xué)性能和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，為鋰離子電池正極材料合成應(yīng)用開辟了全新視角。張貴鋒等[27]于2020年在新型負(fù)極材料制備及應(yīng)用方面取得了進(jìn)展，其制備的Zn/ZnS負(fù)極材料具有良好的離子傳輸能力且性能穩(wěn)定，為鋰離子電池更優(yōu)良的的負(fù)極材料的研制提供了新的方向。在鋰離子電池循環(huán)老化及電極材料的研究方向國(guó)內(nèi)外諸多學(xué)者及研究機(jī)構(gòu)取得了一定的研究進(jìn)展，從而為制備性能更優(yōu)良的鋰離子電池奠定了基礎(chǔ)。12不同荷電狀態(tài)下受熱的鋰離子電池?zé)崾Э匮芯夸囯x子電池本身的荷電狀態(tài)以及其所處環(huán)境中的溫度、氣壓變化會(huì)對(duì)鋰電池的內(nèi)部組分及結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定影響。這些影響又在一定程度上破壞了電池原有的穩(wěn)定進(jìn)而造成其熱失控。事實(shí)上，鋰離子電池的熱失控行為及特征的差異主要取決于外部環(huán)境因素。為此，國(guó)內(nèi)外學(xué)者在鋰離子電池的荷電狀態(tài)、氣壓環(huán)境、溫度環(huán)境及熱失控觸發(fā)方式等變量方面做了許多系統(tǒng)而又深入的研究。2017年孫均利[28]對(duì)18650型鋰離子電池?zé)崾Э靥匦蚤_展了研究，其通過(guò)燃燒木屑觸發(fā)了三種荷電狀態(tài)的鋰離子電池?zé)崾Э?，得出?00%荷電狀態(tài)的鋰離子電池?zé)崾Э販囟茸罡撸?%荷電狀態(tài)的電池?zé)崾Э販囟茸畹偷膶?shí)驗(yàn)結(jié)論。王文和等人[29]于2019年通過(guò)分析不同荷電狀態(tài)的鋰離子電池的熱釋放速率，得出了電池的熱參數(shù)和毒性參數(shù)隨電池荷電狀態(tài)增大而增大的實(shí)驗(yàn)結(jié)論。2018年Wang等[30]利用錐形量熱儀，重點(diǎn)研究了入射外部熱流對(duì)不同荷電狀態(tài)的鋰離子電池著火特性的影響。指出較高的荷電狀態(tài)會(huì)使鋰離子電池燃燒過(guò)程更為劇烈且溫度更高的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。2017年，英國(guó)的Bara等人[31]通過(guò)將不同荷電狀態(tài)的鋰離子電池進(jìn)行外部短路并使其熱失控，總結(jié)出了極低荷電狀態(tài)存儲(chǔ)的鋰離子電池是其運(yùn)輸?shù)淖畎踩珷顟B(tài)的規(guī)律。關(guān)于低壓環(huán)境對(duì)鋰離子電池?zé)崾Э禺a(chǎn)生的影響國(guó)內(nèi)學(xué)者做了如下研究,孫強(qiáng)[32]于2019年通過(guò)動(dòng)壓變溫實(shí)驗(yàn)艙，模擬了鋰離子電池在三個(gè)不同壓力梯度下的熱失控行為，指出了隨環(huán)境壓力降低，鋰離子電池的熱失控傳播并不能被阻斷,但其所產(chǎn)生溫度的高溫危險(xiǎn)性隨環(huán)境壓力的降低而有所降低。向碩凌[33]則于2019年在特制實(shí)驗(yàn)艙中模擬飛機(jī)貨艙環(huán)境，對(duì)多節(jié)18650型鋰離子電池開展了低壓下的熱失控研究，并指出了低壓會(huì)對(duì)電池?zé)崾Э販囟燃艾F(xiàn)象皆帶來(lái)影響。Fu[34]于2018年利用低壓水箱對(duì)鋰離子電池在50kW/m2的入射熱流下的點(diǎn)火和燃燒特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)和理論研究。得出了隨著壓力的降低鋰離子電池具有較低的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)的結(jié)論。關(guān)于外部環(huán)境溫度的變化對(duì)鋰離子電池?zé)崾Э貛?lái)的影響只有一些學(xué)者做過(guò)部分性研究。2018年，Chen[35]對(duì)鋰離子電池在不同荷電狀態(tài)和受熱條件下的著火行為進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。分析了荷電狀態(tài)的不同對(duì)質(zhì)量損失、放熱速率的影響并得到了受熱會(huì)影響加熱條件和熱積累，從而導(dǎo)致著火時(shí)間和燃燒行為不同的結(jié)論。Wang[36]于2019年對(duì)鋰離子電池在不同加熱方式下的熱失控和起火進(jìn)行了表征。在加熱功率較大或加熱面積較大的加熱方式下，蓄電池表現(xiàn)出較高的熱濫用危險(xiǎn)。2020年Jie[37]采用熱重-差示掃描量熱法結(jié)合質(zhì)譜法對(duì)鋰離子電池正極分離后的熱反應(yīng)行為和析氣特性進(jìn)行了系統(tǒng)的表征。并進(jìn)一步研究了陰極活性材料在受熱過(guò)程中的相變。就鋰離子電池本身來(lái)講，無(wú)論是循環(huán)充放電的電池老化，還是新型電極材料的研制，國(guó)內(nèi)外學(xué)者都從各個(gè)層面進(jìn)行了系統(tǒng)性的分析和研究。關(guān)于外部環(huán)境中的壓力以及不同荷電狀態(tài)下的鋰離子電池?zé)崾Э貢r(shí)的行為差異，諸多學(xué)者也做過(guò)相關(guān)研究。但是就不同受熱溫度對(duì)不同荷電狀態(tài)的鋰離子電池所帶來(lái)的影響，并未進(jìn)行過(guò)系統(tǒng)性的分析與研究。事實(shí)上無(wú)論是在鋰離子電池的應(yīng)用，還是在其存儲(chǔ)及運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程中，外部環(huán)境中偶然的高溫刺激對(duì)鋰離子電池帶來(lái)的影響都不容忽視。通過(guò)搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，改變環(huán)境溫度，結(jié)合電池本身的物理特性，分析鋰離子電池在熱失控時(shí)其行為及參數(shù)的變化具有重要的理論意義。參考文獻(xiàn)[1]MurphyDW,SalvoF,CaridesJN,etal.Topochemicalreactionsofrutilerelatedstructureswithlithium[J].MaterialsResearchBulletin,1978,13(12):1395-1402.[2]LazzariM.ACyclableLithiumOrganicElectrolyteCellBasedonTwoIntercalationElectrodes[J].JournalofTheElectrochemicalSociety,1980,127(3):773-773.[3]YoshinoA,SanechikaK,NakajimaT.Activematerialforself-dischargingsec.batteryelectrodes—comprisesacomplexmetaloxideand/orN-dopedcarbonaceousmaterial.EP205856-A,1986-11-30.[4]NittaN,WuF,LeeJT,etal.Li-ionbatteriesmaterials:presentandfuture.Materialstoday.2014,18(5):252-264.[5]閆金定.鋰離子電池發(fā)展現(xiàn)狀及其前景分析[J].航空學(xué)報(bào),2014,35(10):2767-2775.[6]聞雷,宋仁升,石穎,等.炭材料在鋰離子電池中的應(yīng)用及前景[J].科學(xué)通報(bào),2013,58(31):3157-3171.[7]ZhaoY,SteinP,BaiY,etal.Areviewonmodelingofelectro-chemo-mechanicsinlithium-ionbatteries[J].JournalofPowerSources,2019,413(FEB.15):259-283.[8]FAAOfficeofSecurityandHazardousMaterialsSafety.Lithiumbatteries＆lithiumbatterypowereddevices.Washington:FederalAviationAdministration,20.[9]華昕.淺析鋰電池航空運(yùn)輸安全[J].江蘇航空,2014(02):17-18.[10]TARASCONJM,ARMANDM.Issuesandchallengesfacingre-chargeablelithiumbatteries[J].Nature,2001.414(6861):359-367.[11]田相軍,郭亞洲,凌澤,鄒振耀.鋰離