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鋰離子電池放電循環(huán)的熱特性研究

鋰離子電池的加熱特性對(duì)電池的熱管理系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)具有重要的意義。本文采用數(shù)值方法對(duì)鋰離子電池放電過(guò)程中微熱特性進(jìn)行了研究,和固態(tài)電解質(zhì)的鋰離子電池放電周期(SEI)電影和歐姆熱的變化規(guī)律進(jìn)行了分析,結(jié)果表明,鋰離子電池在高速率放電(>5c),熱生成的SEI膜的一個(gè)重要組成部分鋰離子電池加熱;隨著放電循環(huán)的進(jìn)展，鋰離子電池正極粒子表面的SEI呈線性規(guī)律增厚，導(dǎo)致SEI電阻不斷增大。放電環(huán)境溫度越高，鋰離子電池負(fù)極SEI增厚越快，容量下降越快。

0前言

鋰離子電池具有高比能、放電電壓和良好的循環(huán)壽命等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是純電動(dòng)汽車(EV)和混合動(dòng)力汽車(HEV)的最佳儲(chǔ)能裝置之一。熱管理系統(tǒng)是保證大功率鋰離子電池組安全運(yùn)行的核心技術(shù)之一。過(guò)高的溫度會(huì)導(dǎo)致鋰離子電池表面電解液(SEI)膜的破壞，從而縮短電池的使用壽命，可能導(dǎo)致電池爆炸等安全問(wèn)題。因此，研究鋰離子電池在復(fù)雜工況下的熱特性是開(kāi)發(fā)電池?zé)峥刂萍夹g(shù)的基礎(chǔ)，對(duì)動(dòng)力鋰電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的開(kāi)發(fā)具有重要的科學(xué)指導(dǎo)意義。

目前，重要通過(guò)數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)分析來(lái)研究鋰離子電池的熱特性。提出的柯南道爾在電化學(xué)模型和電池能量方程提出了貝爾納迪,國(guó)內(nèi)外學(xué)者的基礎(chǔ)上,開(kāi)發(fā)了多鋰離子電池?zé)犭婑詈夏Ｐ?采用熱電耦合模型等計(jì)算鋰池在不同溫度下的放電特性,和溫度的影響分析和相關(guān)參數(shù)對(duì)鋰離子電池放電特性。

利用熱電耦合模型計(jì)算了纏繞鋰離子電池的溫度。J.v.azquez-arenas等人利用熱電耦合模型模擬方形鋰離子電池，研究了電池溫度對(duì)其放電特性和鋰離子濃度分布的影響，定量分析了不同熱源對(duì)電池發(fā)熱值的影響。目前，對(duì)鋰離子電池?zé)崽匦缘难芯看蠖嗖捎脽犭婑詈夏Ｐ?，而?duì)鋰離子電池的容量退化問(wèn)題考慮較少。在鋰離子電池的充放電循環(huán)過(guò)程中，負(fù)極膜會(huì)由于沉積而逐漸加厚，導(dǎo)致鋰離子電池內(nèi)阻增大，從而導(dǎo)致鋰離子電池的升溫速率顯著增大。在鋰離子電池?zé)犭婑詈夏Ｐ椭?，考慮了循環(huán)衰減問(wèn)題，分析了溫度對(duì)鋰離子電池容量衰減的影響。但該模型所建立的模型和研究成果僅適用于該模型所研究的特定鋰離子電池，缺乏通用性。

本文應(yīng)用電池的熱電比例模型，考慮了電池周期衰減過(guò)程中SEI變化對(duì)電池產(chǎn)熱的影響。詳細(xì)分析了鋰離子電池循環(huán)過(guò)程中的熱量變化以及溫度對(duì)電池壽命的影響，得出以下結(jié)論:

1.在鋰離子電池高速放電過(guò)程中(>5c)，SEI膜出現(xiàn)的熱量是鋰離子電池出現(xiàn)熱量的重要組成部分，占總熱量的14%以上;

2.隨著放電循環(huán)的發(fā)展，鋰離子電池負(fù)極SEI逐漸增厚，放電環(huán)境溫度越高，SEI上升越快，容量下降越快;

3.SEI的厚度和電阻隨放電次數(shù)的新增而線性新增。

4.鋰離子電池放電過(guò)程中SEI出現(xiàn)的熱量和溫升會(huì)隨著放電循環(huán)次數(shù)的新增而逐漸增大。