锂离子电池的热失控模拟

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图 ２ 不同环境温度 下锂离子电池温度（ ） 正负极材料 （ ， ） ａ， ｂ ｅ 和电解液（ ） ｄ 浓度的变化曲线图 Ｆｇ２ Ｃ ｒｅ ｆｒｅ ｐｒｔ ｅ ａ ， ｏｃｎｒｉｎｏ ｔ ｄ （ ） ｎｄ （ ） ａｄｅ ｃｍ ￣ （ ）ｉ ｌｈｕ —ｉ ｏｓ ｉ ｕｖｓ ｏ ｍ ｅａ ｒ（ ） ｃｎｅｔ ｔ ｃ ｈ ｅｂ ，ａｏｅ ｅ ， ｌ ｔ ｌ ｅ ｄ ｎ ｉ ｉ ． ｔ ｕ ａｏ ｆ ａ ｏ ｎ ｅ ｔ ｍ ｏ ｃｉ ． ｎ ｌ
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华南师 范大学学报 （ 自然科 学版 ）
２０ ０ ９年 １ １月
ＮＯ ．２ ０ Ｖ ０９
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【 责任编辑 成
文】
摘要 ： 通过锂离子电池的热模拟研究 ， 比了不 同环境温度 时， 对 锂离子 电池 的温度变化和热失控状 态．进 一步模拟 了
绝 热条 件 下 ， 电 池 的热 失 控 状 态 ． 锂 关键 词 ： 离 子 电 池 ；热 失 控 ；热 模 拟 锂
中 图分 类 号 ：Ｍ９２ ９ Ｔ １． 文 献标 识码 ： Ａ
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锂离子电池由于具有比能量大， 循环寿命长， 单
体 电压高 ， 自放 电小 等 优 点 ， 应 用 范 围越 来 越 广 其
泛 ．但是锂 电池 在应用 中潜在 的安全 问题 已经 成 为 制约其 发展 的一个 瓶颈 ， 其是 动力锂 离子 电池组 ． 尤 对锂离 子 电池 的热模 拟可 以进一 步理解 锂离 子 电池
第 ２ 全 国化 学与 物 理 电 源 ８届 学术年会论 文选 ・下（ 增刊 ）
文章 编 号 ：１０ ５ ６ （０９ Ｓ ０ １ — ２ ０ ０— ４ ３ ２ ０ ） ２— １ １ ０
锂 离 子 电 池 的 热 失 控 模 拟
卢立丽 ， 王松蕊 ， 刘兴江
（ 中国电子科技集团公司第十八研究所 ， 化学与物理电源技术重点实验室， 津 ３ ０ ８ ） 天 ０ ３ １
可 以看 出到 ４ ０ Ｋ时 负极 开 始放 热 ， ４ ０Ｋ 时正 ０ 到 ２ 极材 料开始 放热 ， ５ ０ Ｋ时 电解 液 剧烈 放 热 引起 到 ０ 电池 的热 失控 ．环境 温度越 高材 料放 热反 应 的热积
锂离 子 电池 热模 拟 的方 法 有 很 多 ， 中 Ｂ Ｒ 其 Ａ —
Ｎ Ｔ 等 人从 电 池 整 体 的 角 度 模 拟 了 锂 离 子 电池 ＥＦ 内短路 时 的 热 失 控 过 程 ； Ａ Ｎ，Ｓ Ｏ Ｎ Ｔ Ｄ Ｈ Ｐ Ｔ ＩＺ等 人 以正 负 极 材 料 的热 性 质 为 基 础 ， 拟 了 锂 离 子 模 电池 的热 箱 实 验 Ｊ ．本 文参 考 了 Ｄ Ｎ 的锂 离 ＡＨ 子 电池 热 模 型 【 计 算 了不 同 环 境 时 ， 体 电 池 的 ２ 单 温 度 变化 ， 以及 电池 材料 对 电池 安 全性 的影 响． 图 １给 出 了用 于模 拟 计 算 的 电池 模 型 的 二 维 图．该 电池是 由 １ ２片正 极 片 组成 的 ５ ａ × ． ｍ ｍ ６５ａ
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图 １ 电池 模 型二 维 图
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叠 片 电 池 模 型 ．计 算 通 过 商 用 软 件 ＣｍｓｌＭ ｌ ｏ ｏ ｕ— ｔ ｈｓ ｓ ｉ ｙｉ 完成 的 ， 中所用 的参 数来 自文献 ［ ］ ｐ ｃ 其 ２
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热失控 的起 因和过 程 ， 锂离 子 电池 安全 性 的提高 为
提供依 据 ．
池 的容量越 大 ， 到热 失 控 状态 所 需 的环 境 温度 越 达 低 ， 以动力 电池 组 中必 须 综合 考 虑单 电池 容量 和 所 电池 间降 温能力 ．分 析材料 浓度 和 电池温 度 的关 系．
累越多 ， 容易 引起 电池 的热失控 ． 越
图 ３给 出 了绝 热环境 下锂 离子 电池 热失控 时温 度 变化云 图 ， 显示 了温度 由放 热点 中心 向 四边 的扩
散．
更详 细 的计 算结果 和相关 实验还 在进行 中．
参 考文献 ：
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华 南 师 范 大 学 学 报 （ 然 科 学 版） 自
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收 稿 日期 ： ０ ９一ｌ ２０ ０一ｌ ９
作者简介 ： 卢立丽（９ ９一） 女 ， １７ ， 山东 日照人 ， 天津电源研究扬助理工程师 ， 主要研究方 向： 锂离子电池安全性模拟研究 ，ｍ ｉ：ｏｌｌｉ ６ ．ｏ Ｅ ａｌ ｊｂ ｉ＠１３ ｃｍ ｕｌ
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图 ３ 绝 热 环 境 下 锂离 子 电 池热 失 控 时 温度 变 化 云 图
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图 ２给 出了不 同环 境 温度 时锂 离 子 电池 温 度 ，
正负极 材料 和 电解液 浓度 的变 化．可 以看 出对 于设 定 的锂离子 电池 在 环境 温 度 为 ４ ３Ｋ时 ， ２ 电池虽 然 已失 效但是 尚可 不发 生 安 全事 故 ， 而 当环境 温度 然 升高 到 ４ ８Ｋ 时 ， ２ 电池 已经 处于 热失 控 状 态．单 电
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Ｋｅ ｒ ｓ：ｌｔ ｕ —ｉｎ ｃ ｌ ｈ ｒ ａ ｂｕ ｅ；ｔｅ ａ ｉ ｌｔ ｎ ｙ ｗｏ ｄ ｉ ｍ ｈｉ ｏ ｅｌ；ｔｅ ｍ ｌａ ｓ ｈ ｒ ｌｓｍｕ ａｉ ｍ ｏ
Ａｂ ｔ ａ ｔ：Ａ ｈ ｒ ｌａ ｕｓ ｄ ｌｆｒａ ｌｔｉ ｍ —ｉｎ ｃ ｌ ｉ ｓ ｄ ｔ ｉ ｌｔ ｅ ｅ ａｕ ｅａ ｄ ｔ ｒ ｌａ ｕ ｅｆ ｒｌｔ－ ｓｒ ｃ ｔ ｅｍａ ｂ ｅ ｍｏ ｅ ｏ ｉ ｕ ｈ ｏ ｅｌ ｓｕ ｅ ｏ ｓｍｕａｅ ｔｍｐ ｒ ｔｒ ｎ ｈｅｍａ ｂ ｓ ｏ ｉ ｈ ｉ —ｉｎ ｃ ｌ ｒ ｕ ｄ ｄｆｅｅ ｔｔｍｐ ｒ ｔｒ ｕｍ ｏ ｅｌ ａ ｏ ｎ ｉ ｒ ｎ ｅ ｅ ａｕ ｅ．Ｆｕ ｔ ｅ ｍｏ ｅ，ｔｅ ｍｏ ｅ ｓａｓ ｍｐ ｏ ｅ ｏ ｃ ｌｕｌｔ ｅｍａ ｕ ａ ｙ ｓ ｒｈ ｒ ｒ ｈ ｄ ｌｉ ｌｏ ｅ ｌｙ ｄ ｔ ａｃ ａｅ ｔ ｒ ｌｒ ｎ ｗａ ｈ