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高温环境导致18650型锂离子电池热失控

时间:2015-9-28 10:09:26来源:本站原创浏览次数:
    锂离子电池由于其工作电压高、功率密度及能量密度高、充放电寿命长、无记忆效应、无污染等优点,被广泛应用于各类电子元器件中,如笔记本电脑、相机、手机等。近年来,其应用正向电动汽车动力、可再生能源储能、通讯网络备用电源、军用储备电源等大中型动力或储能设备/设施扩展,锂离子电池极有可能成为21 世纪的主导绿色储/供能源。

    18650型锂离子电池中的数字代表外表尺寸: 18 指电池直径18.0 mm, 650 指电池高度65.0 mm。18650 型锂离子电池寿命理论为循环充电1000 次,主要用于笔记本。此外,因在工作中的稳定性能非常好,也广泛应用于电子领域,常用于高档强光手电、随身电源、无线数据传输器、电热保暖衣、便携式仪器仪表和照明设备、便携式打印机、工业仪器、医疗仪器等。

    锂离子电池的安全问题一直是制约其进一步发展的重大难题,而电池的安全性问题归根结底反映在温度上。随着锂离子电池使用场合的复杂化,锂离子电池暴露在高温环境下的几率越来越大,在外部温度不断升高的条件下,电池内部温度也不断升高。由于强放热反应而使电池温度突然升高导致热失控,便可能引起起火、爆炸等现象。

    国内外学者对锂离子电池热失控进行了研究,包括电池材料的热稳定性研究,探索热失控机理和寻求安全性更强的电池材料。Hatchard 等通过建立锂离子电池的一维热烤箱模型,预测了锂离子电池在烤箱滥用过程中的热行为。Spotnitz 等通过建立锂离子一维分层滥用模型,模拟了锂离子电池烤箱试验,发现负极黏结剂在电池热失控过程中所起作用很小。Kim 等通过建立锂离子电池的三维热滥用模型模拟了155 ℃烤箱试验中不同尺寸圆柱形电池内部温度场的演化,并研究了电池内部化学反应的扩散过程。赖彭飞等建立了圆柱形锂离子电池三维烤箱数值模,研究了温度和充电状态对电池热失控的影响,提出了判别电池热安全性的临界曲线分析法。这些理论和相关试验为认识高温环境下锂离子电池热失控提供了依据,但这些研究均基于烤箱试验,对于恒定加热功率条件下锂离子电池热失控过程规律、反应失控放热量等方面涉及较少。
 
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