锂电池知识

电池知识

锂离子、磷酸铁锂、锰酸锂、新能源

方形锂电池典型问题和应对

2021-08-18 ryder

方形电池典型问题和应对

1)侧面鼓胀问题

锂离子电池在充放电过程中电池的内部存在一(yī)定(dìng)的压力(经验数据0.3~0.6 MPa),在相同的压力下,受力面积越大,电池壳壁的变形越严重。引起电池膨胀的重(zhòng)要(yào)原(yuán)因(yīn):化成时形成SEI 的过程中产生气体,电池内气压升高,由于方形电池平面结构耐压能力差,因(yīn)此(cǐ)造(zào)成(chéng)壳体变形;充电时电极材料晶格参数发生变化,造(zào)成(chéng)电极膨胀,电极膨胀力作(zuò)用(yòng)于壳体,造(zào)成(chéng)电池壳体变形;高温贮存时,少量电液分解及由于温度效应气体压力增大,造(zào)成(chéng)电池壳体变形。在以上三个原(yuán)因(yīn)中电极膨胀而引起的壳体膨胀是最主(zhǔ)要(yào)原(yuán)因(yīn)。

方形电池的鼓胀问题是一个通病,特别是大容量方形锂离子电池更为严重,电池鼓胀会造(zào)成(chéng)电池的内阻增(zēng)加(jiā)、局部的电液枯竭甚至壳体破裂,严重地影(yǐng)响(xiǎng)了电池的安全性及循环寿命。

张超等人给出的方案,利用小结构形式,加强壳体强度;优化排列方式两个角度,解决方形电池鼓胀问题。

加强壳体强度,把原(yuán)来(lái)的平面壳体设计成加强结构,并以向壳体内部打压的方式,测试壳体加强结构设计的效果,按照固定方式的不同(固定长度方向和固定宽度方向),分别测试。可以明显观察到加强结构的作(zuò)用(yòng)。以宽度固定情形为例,在0.3Mpa压力下,有加强结构的变形量为3.2mm,而没有加强结构的壳体变形量达到4.1mm,变形量降低了20%以上。

宽度固定条件下打压:

长度固定条件下打压:

优化模组中电芯排列方式,研究人员对比了两种排列型式,如下图所示,变形量如下面表格所示。对比发现,排列方式Ⅱ的厚度方向变形量明显小于排列方式Ⅰ。

2)大型方形电池散热性能变差

随着单体体积的增大,电池内部发热部分距离壳体的距离越来越长,传导的介质、界面越来越多,使得散热变得困难,并且在单体上,热量分布不均的问题越来越明显。

吴伟雄等人进行了一项研究,实验采用3.2 V/12 Ah 的方形锂离子电池,其基数如表1 所示。电池充放电设备为新威CT-3001W-50V120ANTF,测试过程中环境温度为31 ℃,散热方式为空气冷却,用温度巡检仪记录电池的温度变化。实验步骤:

1) 压充电,用12A 电流给电池充电至充电截止电压3.65V止电流1.8A;

2) 搁置,充电后搁置1 小时以使电池稳定;

3) 恒流放电,以不同的倍率放电至放电截止电压2 V。其中,放电倍率分别按为1C、2C、3C、4C、5C、6C 设定。

如下图所示,为不同放电倍率下电池表面的温度变化,可以看到,随着倍率增(zēng)加(jiā),温度也越来越高,各放电倍率对应的电池表面最高温度分别为38.1、48.3、56.7、64.4、72.2、76.9 ℃。3C 倍率放电时,最高温度已超过50 ℃。6C 时温度达到了76.9 ℃且超过50 ℃的时间为470 s,占到了整(zhěng)个(gè)放电过程的三分之二,这对于电池安全持续工作非常不利。

利用相变材料作(zuò)为(wéi)导热介质,附着在单体电芯表面,散热效果得到大幅度改善。

施加导热材料后的温升对比如下图所示:

另外,也有方案,将导热材料与水冷相结合,让水冷系统把导热材料吸收过来的热量传递到系统外部去,其形式如下图所示:

锂电池系统,对于防止热失控问题,最理想的就是能够直接检测到每一颗电芯的参数(最基本的温度,电压、电流等),这(zhè)样(yàng)的话,即使没有新型物美价廉功能好的新型传感器出现,对热失控的预警和处置也都会成为可能。系统内电芯数量少,这应(yīng)该(gāi)是方形电池重(zhòng)要(yào)的竞争力之一。

声明: 本站所发布文章部分图片和内容自于互联网,如有侵权请联系删除

上一篇:2018年国内三元前驱体企业产量排名 下一篇:没有了
用手机扫描二维码关闭
二维码