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鋰離子動力電池針刺濫用熱失控仿真計(jì)算

2018-08-20 02:47李頂根鄒時波鄭軍林
汽車工程學(xué)報 2018年4期
關(guān)鍵詞:副反應(yīng)電解液負(fù)極

李頂根,鄒時波,鄭軍林,陶 歡

(1.華中科技大學(xué) 能源與動力工程學(xué)院,武漢 430074;2. 海軍駐武漢701所軍事代表室,武漢 430074)

鋰離子動力電池由于其功率密度大、高效充電、密度小等突出優(yōu)點(diǎn),近年來已成為前景最為廣闊的儲能技術(shù),并在電動汽車中得到廣泛應(yīng)用[1-2]。同時,由于過充、針刺、擠壓導(dǎo)致電池出現(xiàn)熱失控情況也時有發(fā)生,電池自身熱失控安全風(fēng)險仍是制約鋰離子動力電池發(fā)展的瓶頸。因此,急需對電池的安全性技術(shù)進(jìn)行大量研究。

針對動力電池單體針刺熱濫用,CHIU等[3]建立了鋰離子動力電池針刺電化學(xué)模型,電化學(xué)控制方程能夠精確地預(yù)測電池發(fā)生短路時電池內(nèi)部的質(zhì)量和電荷輸運(yùn)情況,而電池的溫度分布能夠由電池?zé)崾Э胤匠叹_預(yù)測。HATCHARD等[4]使用尖端帶有熱電偶的針來進(jìn)行針刺試驗(yàn),進(jìn)而對針刺點(diǎn)溫度電壓變化進(jìn)行了精準(zhǔn)的探測。LIANG Guozhou等[5]對電化學(xué)熱耦合模型進(jìn)行了三維建模,該模型實(shí)現(xiàn)了對熱失控過程熱量變化和溫度分布的模擬,同時提出了一種估算針刺過程中內(nèi)短路區(qū)域等效電阻的方法。ZHAO Rui等[6]優(yōu)化了研究針刺熱濫用的電化學(xué)熱耦合模型,并對針刺過程中相關(guān)變量進(jìn)行了對比研究,給出了防止針刺發(fā)生熱失控的相應(yīng)方法。上??托履茉从邢薰镜膹埡A值萚7]搭建了鋰離子動力電池的針刺試驗(yàn)平臺,系統(tǒng)研究了在針刺濫用條件下,電池的荷電狀態(tài)(State of Charge,SOC)、正極活性材料的種類、隔膜的種類以及不同的針刺速度對電池針刺試驗(yàn)的影響。加拿大卡爾頓大學(xué)的ZHAO Rui等[8]對鋰離子動力電池短路進(jìn)行了仿真模擬和試驗(yàn)探究,試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),在外短路條件下,小尺寸電池由于內(nèi)阻更大,電池更容易發(fā)生短路失效,而對于大容量電池,內(nèi)短路引發(fā)電池失效的可能性更高。

針對針刺濫用產(chǎn)生的熱失控在模組中的傳播,F(xiàn)ENG Xuning等[9]通過針刺熱失控在模組中的傳播試驗(yàn),得出了熱失控在模組中的傳播規(guī)律,發(fā)現(xiàn)在電池發(fā)生熱失控過程中,其最高溫差可以達(dá)到791.8 ℃,一顆電池只要釋放出總釋放熱量的12%就足以觸發(fā)下一顆電池發(fā)生熱失控。FENG Xuning等[10]建立了三維熱失控傳播模型,并通過試驗(yàn)驗(yàn)證了模型的準(zhǔn)確性,結(jié)合模擬數(shù)據(jù)提出了抑制熱失控在模組中傳播的方案。

本文基于COMSOL Multiphysics軟件,旨在通過采用“分環(huán)測溫”這一新方法,對比分析單體鋰離子動力電池在針刺熱濫用情況下的熱量來源與變化,確定電池?zé)崾Э責(zé)崃縼碓?,并探究不同針刺半徑情況下的針刺點(diǎn)放熱率和電池溫度上升規(guī)律。

1 模型的建立

該針刺熱失控模型中,三元軟包電池幾何尺寸為342 mm×118 mm×8 mm,模擬初始溫度為25 ℃,針刺深度為4 mm,電池初始SOC為100%,針刺速度為1 mm/s,其具體參數(shù)詳見表1。由于該三元軟包電池尺寸較大,屬于大容量鋰離子動力電池,在傳熱過程中電池的溫度分布非常不均,針刺中心區(qū)域的溫度和電池邊界的溫度差距較大,因此,在應(yīng)用熱失控模型時,為減小仿真過程中的計(jì)算誤差,對電池進(jìn)行分區(qū),熱量是以針刺點(diǎn)為中心向外傳遞,離針刺點(diǎn)距離相同的地方,熱流量相同,所以分區(qū)方法采用“環(huán)狀分區(qū)法”。在本研究中,以針刺中心為圓心,半徑為4 mm的區(qū)域稱為第一區(qū)域,此后半徑每增加2 mm所產(chǎn)生的環(huán)形區(qū)域分別稱為二、三、四、五區(qū)。在各個分區(qū)內(nèi)分別應(yīng)用熱失控副反應(yīng)模型,模型中的自變量溫度T為各區(qū)平均溫度,理論上分區(qū)越細(xì),越接近實(shí)際傳熱情況。

表1 三元軟包鋰離子動力電池基本參數(shù)[11]

1.1 傳熱模型

建立鋰離子動力電池三維傳熱模型時,為了降低仿真模擬的計(jì)算復(fù)雜程度,除了采用上述均質(zhì)材料假設(shè)外,還需假設(shè)材料的比熱容、密度、導(dǎo)熱系數(shù)等參數(shù)并不隨溫度的變化而發(fā)生改變,并且電池各處熱流密度保持一致,與空間位置無關(guān)。

鋰離子動力電池包括負(fù)極材料、隔膜、正極材料、鋁箔、銅箔、電解液等,不同材料具有不同的導(dǎo)熱系數(shù),而且這些材料層厚度很小,一般電池的材料層都在幾十層以上,直接建模變得很不現(xiàn)實(shí)。因此,考慮將電池單體進(jìn)行整體分析,計(jì)算出等效參數(shù),在此基礎(chǔ)上需要對密度、比熱、導(dǎo)熱率進(jìn)行平均等效,熱量在電池內(nèi)部傳遞的控制方程為[12]:

式中:ρC為 電池密度,kg/m3;Cp為電池比熱容,J/(kg·K);T為電池溫度,K;K為電池導(dǎo)熱系數(shù),W/(m·K);Qt為一維電化學(xué)生熱模型中的熱源。

電池材料的密度和比熱容的平均等效計(jì)算公式為[12]:

式中:Li為電池重復(fù)單元中各部分材料的厚度;ρC為各部分材料的密度,kg/m3;Cp為各部分材料的比熱容,J/(kg·K)。由于電池三維模型中,厚度和長度方向?qū)崧什煌?,分別采用以下平均等效公式計(jì)算:

長度方向

厚度方向

式中:Ki為各部分材料的導(dǎo)熱率。電池對流換熱邊界條件為:

式中:h為對流換熱系數(shù);T∞為環(huán)境溫度,K。

1.2 熱失控模型

在高溫下,電池內(nèi)部材料還會發(fā)生一系列的分解放熱反應(yīng),釋放大量熱量。這些反應(yīng)并非依次進(jìn)行,有的反應(yīng)可能同時進(jìn)行。例如:固體電解質(zhì)界面膜( Solid Electrolyte Interface,SEI)的分解和負(fù)極與電解液之間的反應(yīng),這是由于負(fù)極材料缺乏SEI膜的保護(hù),使負(fù)極活性材料直接暴露在有機(jī)溶劑中。

鋰離子動力電池在首次充放電過程中,負(fù)極活性材料與電解液之間會產(chǎn)生一層致密的固體電解液界面膜,稱為SEI膜。SEI膜的作用主要是保護(hù)負(fù)極材料,避免負(fù)極材料與電解液繼續(xù)發(fā)生反應(yīng)。在正常溫度條件下,SEI膜處于亞穩(wěn)定狀態(tài),SEI膜的生成和分解是一個可逆過程。但是SEI膜對溫度的要求非常嚴(yán)格,當(dāng)溫度過高,達(dá)到80 ℃左右時,SEI膜就開始分解,不再重生,SEI膜的量越來越少,而且SEI膜分解釋放的熱量進(jìn)一步加劇自身的分解。由于負(fù)極材料失去了SEI膜的保護(hù),開始與電解液發(fā)生反應(yīng),又進(jìn)一步釋放大量熱,導(dǎo)致電池內(nèi)部溫度繼續(xù)升高,如果此時電池的散熱系統(tǒng)和熱管理系統(tǒng)不能及時將電池溫度降下來,電池溫度將會大幅升高,進(jìn)而可能引發(fā)正極材料與電解液的反應(yīng)和電解液的分解。更為嚴(yán)重的是,隔膜也可能會收縮熔融破裂,造成內(nèi)部短路,使電池出現(xiàn)鼓殼、泄氣、起火、爆炸等現(xiàn)象。

當(dāng)電池發(fā)生熱失控時,電池內(nèi)部材料分解產(chǎn)熱Qs可用下列公式進(jìn)行計(jì)算[12]:

表2 電池?zé)崾Э啬P拖嚓P(guān)參數(shù)表[11]

式中:Qsei為負(fù)極與電解液之間生成的SEI膜分解熱;Qneg為負(fù)極與電解液反應(yīng)產(chǎn)熱;Qpos為正極材料與電解液反應(yīng)熱;Qele為電解液分解熱。結(jié)合阿倫尼烏斯反應(yīng)速率公式,上述四部分產(chǎn)熱模型詳見式(8)~(16)[12],相關(guān)變量參數(shù)和初始值見表2和表3。

表3 電池?zé)崾Э啬P拖嚓P(guān)參數(shù)初始值[11]

1.2.1 SEI膜分解式中:Hsei為SEI膜單位放熱量,J/g;Wsei為其密度,kg/m3;Asei為頻率因子,l/S;Ea,sei為SEI膜的活化能,J/mol;×為SEI膜中鋰的含量。

1.2.2 負(fù)極與電解液反應(yīng)

式中:Hneg為負(fù)極單位放熱量,J/g;Wneg為其密度,kg/m3;Aneg為頻率因子,l/S;Ea,neg為負(fù)極物質(zhì)的活化能,J/mol;為負(fù)極中鋰的含量。z表示SEI膜的無量綱厚度。

1.2.3 正極與電解液反應(yīng)

式中:Hpos為正極單位放熱量,J/g;Wpos為其密度,kg/m3;Cpos為頻率因子,l/S;Ea,pos為正極物質(zhì)的活化能,J/mol;a為無量綱轉(zhuǎn)化率。

1.2.4電解液分解

式中:Hele為電解液分解單位放熱量,J/g;Wele為其密度,kg/m3;Aele為頻率因子,l/S;Ea,ele為電解液活化能,J/mol;為電解液中鋰的含量。

2 仿真結(jié)果對比分析

通過物理仿真軟件模擬,研究鋰離子動力電池在針刺濫用條件下電池材料的分解副反應(yīng),以及電池的溫度變化情況,深入研究鋰離子動力電池在濫用條件下的熱失控觸發(fā)和熱失控演化的熱行為。

鋼針刺入電芯內(nèi)部,導(dǎo)致電池發(fā)生內(nèi)短路,直接致使電池正負(fù)極短接,由于鋼針電阻很小,只有幾毫歐姆,電池在SOC=100%時,電極電勢為滿狀態(tài)U=4.2 V,R=5 mΩ,根據(jù)歐姆定律,短時間內(nèi)將產(chǎn)生巨大的焦耳熱,針刺點(diǎn)作為一個巨大產(chǎn)熱源,導(dǎo)致針刺區(qū)域過熱,電池溫度急劇升高,同時熱量向周圍電池區(qū)域擴(kuò)散。一方面,針刺點(diǎn)附近由于正負(fù)極短接產(chǎn)生大量焦耳熱;另一方面,由于電池短時間內(nèi)溫度急劇升高,達(dá)到電池材料發(fā)生副反應(yīng)的臨界溫度,一系列放熱副反應(yīng)被激活,副反應(yīng)釋放能量也十分巨大,這兩部分巨大的熱量疊加起來,導(dǎo)致電池局部溫度在短時間內(nèi)達(dá)到非常高的數(shù)值。圖1為三元軟包鋰離子動力電池針刺模擬各監(jiān)測點(diǎn)的溫度變化情況。

圖1 鋰離子動力電池針刺狀態(tài)各監(jiān)測點(diǎn)溫度變化

由圖1可知,越是靠近針刺點(diǎn),電池溫度越高,這是由于針刺前期,熱源主要來源于針刺點(diǎn)正負(fù)極短接產(chǎn)生的巨大焦耳熱,針刺點(diǎn)為產(chǎn)熱區(qū)域,所以越靠近針刺點(diǎn)溫度越高,溫度上升的速率也越大,電池中心區(qū)域溫度最高可上升到550 ℃。第一環(huán)區(qū)域內(nèi)電池溫度有兩次上升,有兩個波峰,第一次溫度峰值是由于短路焦耳熱和區(qū)域內(nèi)材料副反應(yīng)熱引起的,此時的電池溫度達(dá)到430 ℃左右,隨著焦耳熱向外擴(kuò)散以及和環(huán)境的換熱,電池中心溫度有短暫的下降。隨后,第一環(huán)溫度出現(xiàn)第二次上升,達(dá)到第二個峰值,這是因?yàn)榈诙h(huán)內(nèi)材料副反應(yīng)被激發(fā),釋放出大量的反應(yīng)熱,熱量向外擴(kuò)散,從而導(dǎo)致第一環(huán)溫度上升。其它區(qū)域的溫度變化情況與內(nèi)環(huán)溫度變化原理相同,也出現(xiàn)了兩次上升。在針刺后期電池活性材料逐漸被消耗,電極電勢逐漸降為0,電池焦耳熱越來越小,最后降為0,只有材料之間的副反應(yīng)放熱產(chǎn)生熱量,隨著材料被徹底消耗完,電池內(nèi)部產(chǎn)熱源也相應(yīng)消失,電池在環(huán)境冷卻下溫度逐漸下降。

圖2~4為鋰離子動力電池針刺模擬中,電池表面溫度在不同時間段的分布情況。圖2為針刺入3 s后,電池表面溫升變化情況,由圖可知,電池表面溫度差異大,靠近針刺點(diǎn)附近的溫度達(dá)到450 ℃以上,而電池邊緣溫度并未出現(xiàn)升高,為初始溫度,說明鋼針刺入電池時產(chǎn)生的巨大焦耳熱在短時間內(nèi)并未傳遞至較遠(yuǎn)的區(qū)域,電池溫度梯度非常大。圖3為鋼針刺入5 s時,電池表面溫度分布情況,由圖可知,高溫區(qū)域的面積較3 s時有所擴(kuò)大,電池表面最高溫度達(dá)到250 ℃左右,熱量繼續(xù)向更遠(yuǎn)區(qū)域散失。圖4為電池針刺入8 s后,電池表面溫度分布情況,電池最高溫度此時已降至160 ℃左右,熱量擴(kuò)散至更遠(yuǎn)區(qū)域,但電池邊緣仍是初始溫度。

圖2 電池表面溫升變化(t =3 s)

圖3 電池表面溫升變化(t =5 s)

圖4 電池表面溫升變化(t =8 s)

在監(jiān)測電池?zé)崾Э剡^程中,電池內(nèi)部材料的消耗情況以及轉(zhuǎn)化率情況,如圖5和圖6所示,分別為電池分區(qū)第一環(huán)和第二環(huán)區(qū)域內(nèi)材料分解消耗情況。根據(jù)上述內(nèi)容,當(dāng)SEI膜處于亞穩(wěn)定狀態(tài)時,對溫度非常敏感,溫度超過90 ℃才會發(fā)生分解。由圖1可知,針刺發(fā)生后,短時間內(nèi)第一環(huán)區(qū)域溫度急劇升高,0.1 s左右電池中心溫度即達(dá)到100 ℃以上,SEI膜最先開始分解,針刺入0.2 s左右時,SEI膜分解完全。

圖5 電池活性材料消耗隨時間變化情況(第一環(huán)區(qū)域內(nèi))

圖6 電池活性材料消耗隨時間變化情況(第二環(huán)區(qū)域內(nèi))

由于失去了SEI膜的保護(hù),負(fù)極活性材料開始與電解液發(fā)生反應(yīng)。由圖5可知,負(fù)極與電解液之間的反應(yīng)稍落后于SEI膜的分解,而且負(fù)極材料損耗率超過50%以上,無量綱濃度由0.75降至0.3以下。正極與電解液副反應(yīng)以及電解液自身的高溫分解反應(yīng)也被依次激發(fā),損耗率為100%,全部發(fā)生分解或者參與反應(yīng)。正是這些副反應(yīng)的發(fā)生所釋放的巨大熱量,致使電池溫度出現(xiàn)階躍上升。此外,比較圖5和圖6可知,第二環(huán)區(qū)域內(nèi)參與放熱副反應(yīng)的負(fù)極材料的消耗量相較于第一環(huán)區(qū)域內(nèi)的消耗量有所下降,損耗率為40%左右,并且反應(yīng)被激發(fā)的時間有所延后,這是由于第二環(huán)區(qū)域離針刺點(diǎn)距離較遠(yuǎn),熱量傳遞有一個過程,并且傳遞到第二環(huán)的熱量明顯低于第一環(huán),致使第二環(huán)區(qū)域內(nèi)的溫度低于第一環(huán)區(qū)域的溫度,電池材料的消耗也相應(yīng)減少。

圖7 電池活性材料消耗隨時間變化情況(第三環(huán)區(qū)域內(nèi))

圖7為第三環(huán)區(qū)域內(nèi)材料消耗情況,相較于第一環(huán),各反應(yīng)的時間延后更加明顯,分解副反應(yīng)進(jìn)行的速率也有所降低,1.3 s左右才結(jié)束,并且消耗量也有所下降,負(fù)極材料只損耗了不到50%。圖8為鋰離子動力電池第一環(huán)發(fā)生熱失控時,內(nèi)部材料分解及活性材料與電解液發(fā)生反應(yīng)時的產(chǎn)熱情況。由圖可知,SEI膜首先放熱,在0.1 s左右開始分解放熱,而且釋放的能量最小,此時的電池第一環(huán)區(qū)域溫度已升高到100 ℃左右。而在SEI膜分解后,失去保護(hù)的負(fù)極活性材料與電解液發(fā)生反應(yīng),反應(yīng)所放出的熱量要高出SEI膜放熱量1個數(shù)量級,反應(yīng)時間集中在0.2 s左右,電池此時的溫度已達(dá)到200 ℃左右。在此高溫下,電池的正極材料與電解液之間也會發(fā)生激烈反應(yīng),釋放的熱量也非常巨大,量級上與負(fù)極與電解液反應(yīng)時所產(chǎn)熱量級相同。在正/負(fù)極與電解液反應(yīng)的同時,高溫會使電解液發(fā)生分解,電解液分解釋放的熱量與負(fù)極正極副反應(yīng)量級相同。由于這些副反應(yīng)釋放的能量非常巨大,致使電池升溫迅速,第一環(huán)區(qū)域內(nèi)的電池在0.24 s內(nèi)升至450 ℃左右,材料分解釋放的巨大能量的爆發(fā)時間點(diǎn)與電池溫度快速上升的時間點(diǎn)吻合一致,即曲線的第一個上升拐點(diǎn)。

圖8 電池活性材料副反應(yīng)放熱情況(第一環(huán)區(qū)域內(nèi))

圖9為電池第二環(huán)區(qū)域內(nèi),材料在高溫條件下發(fā)生分解等副反應(yīng)的放熱情況。相較于第一環(huán)材料的分解副反應(yīng)放熱情況,第二環(huán)放熱的峰值有所延后,爆發(fā)時間在0.6 s左右,延后了0.4 s,但是各活性材料之間的副反應(yīng)放熱量的量級是一致的,而且放熱曲線的趨勢也保持一致。這是由于第二環(huán)離針刺點(diǎn)較遠(yuǎn),針刺點(diǎn)的焦耳熱以及第一環(huán)區(qū)域內(nèi)材料分解釋放的極大熱量傳遞到第二環(huán)都需要一個過程。當(dāng)巨大的熱量擴(kuò)散到第二環(huán)后,致使第二環(huán)區(qū)域內(nèi)的溫度升高,達(dá)到內(nèi)部材料發(fā)生分解副反應(yīng)的溫度臨界值時,內(nèi)部的副反應(yīng)被激發(fā),也會釋放出巨大熱量,即0.6 s時產(chǎn)熱量達(dá)到峰值。此外,第二環(huán)釋放的巨大熱量,對第一環(huán)區(qū)域也有加熱影響。由圖1可知,第一環(huán)在0.6 s時出現(xiàn)了第二次階躍上升,這是由第二環(huán)材料分解副反應(yīng)釋放的巨大熱量導(dǎo)致的。通過分析模擬結(jié)果表明:在針刺濫用情況下,電池發(fā)生熱失控現(xiàn)象,熱量主要來自內(nèi)部活性材料在高溫下發(fā)生分解等副反應(yīng)所釋放的巨大能量,電池短路產(chǎn)生的焦耳熱導(dǎo)致電池局部過熱,是電池發(fā)生熱失控的起因,而電化學(xué)可逆反應(yīng)熱在熱失控過程中可以忽略不計(jì)。

圖9 電池活性材料副反應(yīng)放熱情況(第二環(huán)區(qū)域內(nèi))

3 不同針刺半徑對電池?zé)崾Э禺a(chǎn)熱影響分析

本研究針對不同針刺半徑對電池?zé)崾Э禺a(chǎn)熱影響做了模擬分析。通過對針刺半徑的改變(分別為1 mm、2 mm、3 mm)探究該變化對電池平均溫度和產(chǎn)熱率的影響。

電池在第一環(huán)區(qū)域內(nèi)不同針刺半徑下溫度隨時間變化的規(guī)律曲線,如圖10所示,三種針刺半徑下電池最高溫度幾乎同時出現(xiàn),電池在針刺半徑為1 mm、針刺時間為0.85 s時出現(xiàn)的溫度最大值為589 ℃;針刺半徑為2 mm、針刺時間為0.92 s時出現(xiàn)的溫度最大值為470 ℃;針刺半徑為3 mm、針刺時間為1.21 s時出現(xiàn)的最高溫度為三者之中最小,僅為344 ℃。針刺點(diǎn)產(chǎn)熱率隨時間的變化曲線,如圖11所示,分析模擬數(shù)據(jù)可知,在針刺發(fā)生瞬間,針刺半徑為1 mm時,電池在針刺位置的產(chǎn)熱率分別是2 mm針刺半徑的3.5倍和8.9倍,依據(jù)電池內(nèi)部產(chǎn)熱機(jī)理,其產(chǎn)熱率的變化與電池內(nèi)部的內(nèi)阻變化成正比,產(chǎn)熱率隨時間和針刺半徑的變化而發(fā)生劇烈變化恰恰證明電池針刺點(diǎn)內(nèi)阻變化十分劇烈,其針刺點(diǎn)的內(nèi)阻變化十分顯著且針刺半徑與內(nèi)阻變化成反比,在一定范圍內(nèi)針刺半徑越大針刺點(diǎn)內(nèi)阻越小。

圖10 第一環(huán)區(qū)域內(nèi)溫度隨時間的變化

圖11 針刺點(diǎn)產(chǎn)熱率隨時間的變化

圖12 第二環(huán)區(qū)域平均溫度隨時間的變化

第二環(huán)區(qū)域平均溫度隨時間的變化曲線,如圖12所示,由于區(qū)域之間的導(dǎo)熱需要時間,因此第二環(huán)區(qū)域中出現(xiàn)最高溫度的時間要普遍晚于第一環(huán)區(qū)域中出現(xiàn)最高溫度的時間。在不同的針刺半徑下,第二環(huán)區(qū)域中最高溫度的出現(xiàn)時間相近,而且三者最高溫度十分接近。針刺半徑為1 mm、2 mm和3 mm時,第二環(huán)區(qū)域中出現(xiàn)的最高溫度分別為339 ℃、302 ℃、248 ℃,相比于第一環(huán)區(qū)域,最高溫度差有了顯著回落。這是由于熱量在電池內(nèi)部傳遞過程中也在向空間散失,溫度越高其向空間散失的熱量就越多,從而導(dǎo)致在不同針刺半徑情況下,距離針刺點(diǎn)越遠(yuǎn)溫度越接近。

由模擬結(jié)果可知,針刺半徑和針刺點(diǎn)產(chǎn)熱率成反比,而針刺點(diǎn)產(chǎn)熱率主要由針刺點(diǎn)內(nèi)阻決定,由此推斷出,在一定范圍內(nèi)針刺半徑越大針刺點(diǎn)內(nèi)阻越小。

4 結(jié)論

本文基于COMSOL Multiphysics軟件,采用分環(huán)測溫方法,建立了鋰離子動力電池針刺熱濫用模型,分析了針刺半徑與針刺點(diǎn)放熱率和電池溫度的關(guān)系,所得結(jié)論如下。

(1)在鋰離子動力電池?zé)釣E用過程中,熱量主要來自內(nèi)部活性材料在高溫下分解所產(chǎn)生的熱量,電池短路產(chǎn)生的焦耳熱是熱失控發(fā)生的起因,電化學(xué)可逆反應(yīng)熱在熱失控過程中可以忽略不計(jì)。

(2)針刺半徑對針刺點(diǎn)產(chǎn)熱率的影響:針刺半徑越小,針刺點(diǎn)內(nèi)阻越大,這將直接導(dǎo)致針刺點(diǎn)產(chǎn)熱率上升,繼而導(dǎo)致電池平均溫度的上升。

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