Was ist die thermische Sicherheitsstudie der Lithiumbatterie mit Spinellstruktur-Positivmaterial?

Zusammenfassung: In diesem Artikel wird der aktuelle Forschungsstatus der thermischen Sicherheit von Lithium-Ionen-Batterien vorgestellt und die Forschung zur thermischen Sicherheit von dynamischen Lithium-Ionen-Batterien mit positivem Material aus Spinellstrukturen hervorgehoben. Die Oberflächenwärmeerzeugung der Batterie während des Ladens und Entladens wurde unter Verwendung einer Infrarot-Wärmebildkamera quantitativ untersucht. Die Temperatur- und Spannungstrends von Leistungszellen während Hotboxen, Kurzschlüssen und Akupunktur werden mit Hilfe von thermischen Sicherheitstestgeräten und anderen Geräten getestet, und es wird schließlich bewiesen, dass die Probanden hinsichtlich der thermischen Sicherheit zuverlässig und stabil sind. Es bietet auch eine quantitative Grundlage für die nächste Optimierung.

Schlüsselwörter: Spinellstruktur; Kraftzellen; Thermische Sicherheit

Der Anstieg der Luftverschmutzung und des Umweltschutzdrucks hat dazu geführt, dass die Menschen der Entwicklung effizienter und energieeffizienter Energie große Aufmerksamkeit schenken. Die Regierungen verschiedener Länder haben nacheinander Maßnahmen und Strategien eingeführt, um die Entwicklung verwandter Industrien zu fördern. In Bezug auf die Energieeinsparung haben Elektrofahrzeuge aufgrund ihrer Vorteile in Bezug auf Umweltverschmutzung, geringen Lärm und geringen Energieverbrauch starke Unterstützung von der Bevölkerung und der Regierung erhalten. Als eine der Schlüsseltechnologien in Elektrofahrzeugen sind Leistungsbatterien zu einem Barometer für die Entwicklung von Elektrofahrzeugen geworden. Bei der Entwicklung der Industrialisierung von Kraftzellen achten die Menschen nicht nur auf die Verbesserung der elektrochemischen Leistung von Batterien, sondern auch auf die Zuverlässigkeit der Sicherheitsleistung. Mit der hervorragenden Leistung von 50 olympischen Bussen mit Lithium-Mangan-Lithium-Ionen-Batterien während der Olympischen Spiele sind die Menschen voller Hoffnung und Erwartung für die weit verbreitete Verwendung von Lithium-Ionen-Batterien mit positiven Materialien mit Spinellstruktur. Gleichzeitig hat die CITIC Guoan Alliance Guli Corporation (MGL) ihre Arbeit zur Verbesserung der Sicherheitsleistung nie eingestellt und die thermische Sicherheit von Batterien durch verschiedene Methoden und Prozesse verbessert. Infolgedessen hat der Sicherheitsleistungstest der Batterie den Test des North Automobile Quality Supervision and Inspection Laboratory (201) fünf Jahre in Folge bestanden.

1 Stand der Forschung

Die Schlüsselfaktoren, die die thermische Sicherheit der Batterie beeinflussen, sind positive und negative Elektrodenmaterialien, Elektrolytflüssigkeitstyp, Membran und Batteriestrukturdesign. Jinhuifen [1] Die thermische Stabilität des kommerzialisierten LiCoO2 / Graphit-Systems wurde mit dem ARC (Accelerated Calorimeter) untersucht. Die Ergebnisse zeigten, dass sich die negative Elektrode bei 60 ° C zu erwärmen begann, die positive Elektrode sich bei 110 ° C zu erwärmen begann und schließlich mit dem Anstieg des Innendrucks der Batterie. Verursacht thermisches Durchgehen; Tangzhiyuan [2] In diesem Artikel wird erläutert, wie diese Faktoren die thermische Sicherheit von Batterien unter den Gesichtspunkten Positiv, Negativ, Elektrolyt usw. beeinflussen. Autor Chil-HoonDoh [3] Im Sicherheitsexperiment (Überladung und Akupunktur) wurden die Auswirkungen von Wärme untersucht und elektrochemische Eigenschaften von LiCoO2 / C-Systembatterien werden vorgeschlagen. Diese werden hauptsächlich verwendet, um die Sicherheit von Batterien durch mikroskopische Mittel zu erklären. Gleichzeitig Literatur [4-6] Mit Hilfe der Finite-Elemente-Analyse und der thermischen Simulationsmethode wird die thermische Sicherheit der Reaktionszelle intuitiv durch die gesamte Zelle und die Wärmeableitung der Batterie untersucht.

Derzeit gibt es keine Makrostudie zur thermischen Sicherheit von lithiumbatterien mit Spinell-positiven Materialien. In diesem Artikel wird die thermische Sicherheit von Monomerbatterien durch Wärmebildgebung und quantitativen Test der Sicherheitsleistung untersucht.

Forschungsmethode 2 Thermische Sicherheit

2.1 Studienfächer

Dieses Papier verwendet 100 Ah, hergestellt von MGL, als Forschungsobjekt

2.2 Untersuchungsmethoden

Die Wärmebild- und Berechnungsmethoden wurden verwendet, um die thermischen Eigenschaften von Monomerbatterien zu untersuchen.

Während des Lade- und Entladevorgangs der Batterie ist die Batterie am Stahlrahmen befestigt, und die Batterieoberfläche ist fast vollständig mit der Luft in Kontakt und befindet sich in einem Zustand natürlicher Konvektionswärmeableitung. Die positiven und negativen Pole der Batterie sind mit dem Kanal des Prüfstands verbunden, wie in Abbildung 2 gezeigt. Vor dem Experiment wurde die Raumtemperatur auf (23 ± 2) ° C geregelt und die Batterie in ein Gleichgewicht mit gebracht die Umgebungstemperatur für eine lange Zeit.

Unter diesen zeigen die Wärmebildergebnisse unterschiedliche Farben, die Temperaturänderungen zeigen. Die 10 Bereiche, die während des Tests in der Oberflächentemperaturkarte der Batterie angezeigt wurden, wurden mit AR1, AR2, AR3, AR4, AR5, AR6, AR7, AR8, AR9 bzw. AR10 markiert.

Wo IL der Arbeitsstrom ist; UL ist die Betriebsspannung; E0 ist die batteriebalancierte elektromotorische Kraft, die bei der Berechnung durch die Leerlaufspannung Uoc angenähert wird; T ist die Batterietemperatur; DE0 / DT ist der Temperatureffektkoeffizient der batteriebalancierten elektromotorischen Kraft; VB ist das Batterievolumen. Das erste IL (E0-UL) / VB auf der rechten Seite der Formel (1-1) beschreibt die Wärmeerzeugung aufgrund des Innenwiderstands und anderer irreversibler Effekte der Batterie, und das zweite ist die Wärmeerzeugung aufgrund elektrochemischer Reaktionen innerhalb der Batterie.

Bei der Durchführung von Batteriesicherheitsexperimenten (Kurzschluss, Hot Box, Akupunktur) werden selbst entworfene Messgeräte verwendet, darunter industrielle Steuergeräte, Datenerfassungskarten, Temperatursensoren, Spannungssensoren und Stromsensoren

3 Forschungsergebnisse

3.1 Wärmeerzeugungskapazität einer einzelnen Batterie

Wärmebildgeräte wurden verwendet, um den Anstieg der Oberflächentemperatur zu testen, wenn die Batterie unter einer Stromentladung von 200 A und einer Stromladung von 100 A geladen wurde

Während des Entladevorgangs der Batterie steigt die Temperatur am positiven Polarohr am schnellsten an, gefolgt vom negativen Polarohr. Dies zeigt, dass das polare Ohr die Wärmequelle für die gesamte Batterie sein kann, wenn die Batterie entladen wird, insbesondere im Fall einer Hochstromentladung. Eine große Menge an Wärme, die am Polarohr erzeugt wird, wird an das Innere der Batterie übertragen, wodurch eine Reihe von exothermen Reaktionen innerhalb der Batterie ausgelöst werden, die den thermischen Ausfall der Batterie verursachen. Während des Ladevorgangs ist die Temperatur an den positiven und negativen polaren Ohren niedriger als in anderen Regionen. Da der Batterieladevorgang selbst ein endothermer Vorgang ist, gibt es keine Sicherheitsunfälle aufgrund einer großen Wärmemenge, die erzeugt wird, wenn der Betrieb angemessen ist.

Während des gesamten Prozesses zeigen die Erfassungspunkte 3 und 4 in der Kurzschlusszeit (es gibt Strom) unterschiedliche Temperaturänderungen, und die Temperaturänderungen an den Sammelpunkten 1, 2 und 5 sind im Wesentlichen gleich. Der Hauptgrund für diese Änderung ist, dass MGL sein Batteriedesign verbessert hat, um einen thermischen Ausfall durch hohen Stromfluss wirksam zu verhindern. Während des Kurzschlusses ändert sich das Aussehen der Batterie nicht. Die Batterie ist nicht verbrannt oder explodiert und entspricht den Sicherheitsstandards.

3.3 Heatbox-Test von Batterien

Während des Prozesses der Hotbox ändert sich die Spannung nur am Ende der Hotbox, und die Spannung ändert sich in anderen Phasen nicht. In Bezug auf die Temperatur ist der Trend der Änderungen an den Sammelstellen mit einer Maximaltemperatur von 137 ° C gleich.

Die Batterie in der Wärmebox steht nur hinter dem Phänomen des Aufblasens, kein Feuer, keine Explosion, gemäß den nationalen Sicherheitsstandards.

3.4 Akupunkturtest von Batterien

Während des Akupunkturprozesses nahm die Batteriespannung zuerst ab und dann zu, und die Temperatur an jedem Sammelpunkt stieg allmählich an. Die maximale Temperatur erreichte 40 ° C. Die Batterie fing kein Feuer und explodierte während des gesamten Prozesses nicht, was den nationalen Sicherheitsstandards entsprach.

4. Zusammenfassung und Ausblick

Es gibt viele Gründe für Probleme mit der Batteriesicherheit, einschließlich Missbrauch (Überladung, Überentladung usw.), unangemessener Verwendung und vieler anderer Faktoren. Unter der Bedingung, den ordnungsgemäßen Betrieb der Batterie sicherzustellen, ist die Verbesserung der thermischen Sicherheit der Batterie durch Verbesserung der Batteriematerialien und -prozesse eine der wichtigen Möglichkeiten. In diesem Artikel wird die quantitative thermische Sicherheitsanalyse der verbesserten Batterie durchgeführt, um die Wärmeerzeugungs- und Sicherheitseigenschaften der Batterie objektiv zu charakterisieren und eine bessere Idee für den nächsten Schritt zur Verbesserung der thermischen Sicherheit der Batterie zu liefern.

Die Verbesserung der thermischen Sicherheit von Batterien ist ein ewiges Thema im Prozess der Batterieentwicklung. Mit der Entwicklung der Technologie und der Weiterentwicklung der analogen Technologie ist der umfassende Einsatz experimenteller und analoger Bewertungsmethoden eine unvermeidliche Wahl. Dies gilt nicht nur aus Sicht der Kosteneinsparungen. Es ist das Ergebnis einer umfassenden Betrachtung aus Sicht der Informationsrückkopplungsgeschwindigkeit.

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