【摘要】：鋰離子電池尤其三元鋰離子電池,因其綜合性能較好,已成為電動(dòng)汽車(chē)能量源的較佳選擇。然而,由鋰離子電池?zé)崾Э貑?wèn)題引發(fā)的電動(dòng)汽車(chē)安全事故不斷發(fā)生,嚴(yán)重影響了鋰離子電池在電動(dòng)汽車(chē)上的推廣應(yīng)用。因此,針對(duì)鋰離子電池?zé)崾Э氐难芯烤哂兄匾饬x。本文主要利用仿真的方法,研究鋰離子電池在不同濫用條件下的熱失控現(xiàn)象,分析影響鋰離子電池?zé)岚踩缘囊蛩夭⑻岢鱿嚓P(guān)建議。本文分析了鋰離子電池的結(jié)構(gòu)組成、工作原理、生熱和傳熱機(jī)理,同時(shí)對(duì)鋰離子電池發(fā)生熱失控的機(jī)理、原因以及主要副反應(yīng)類(lèi)型等進(jìn)行了研究分析,為電池?zé)崾Э匮芯刻峁┝死碚撘罁?jù)。以電動(dòng)汽車(chē)用鎳鈷錳三元鋰電池為研究對(duì)象,利用COMSOL軟件建立三維熱濫用模型,模擬鋰離子電池160℃、165℃、175℃和200℃爐箱加熱試驗(yàn),仿真分析該鋰離子電池在高溫條件下的熱失控行為。建立三維電-熱耦合模型模擬鋰離子電池0.1C、0.3C和0.5C過(guò)充電試驗(yàn),仿真分析該電池在過(guò)充電條件下的熱失控行為。此外,本文還分析了不同條件下副反應(yīng)進(jìn)程及產(chǎn)熱情況,并研究了散熱條件、材料穩(wěn)定性以及對(duì)流換熱系數(shù)對(duì)熱失控的影響。研究結(jié)果表明,160℃為本文仿真電池發(fā)生熱失控的臨界安全溫度,高于160℃時(shí)電池將發(fā)生熱失控現(xiàn)象;電池溫度越高,發(fā)生熱失控的時(shí)間越早;副反應(yīng)是引發(fā)鋰離子電池?zé)崾Э氐闹苯釉?負(fù)極反應(yīng)、正極反應(yīng)以及電解液分解對(duì)熱失控影響較大;散熱條件越好、材料穩(wěn)定性越高,電池越不容易發(fā)生熱失控。同時(shí),鋰離子電池在0.1C、0.3C和0.5C過(guò)充電條件下將發(fā)生熱失控現(xiàn)象;隨著過(guò)充電流增大,電池發(fā)生熱失控的時(shí)間提前;良好的散熱條件對(duì)過(guò)充電熱失控具有一定的抑制作用,但當(dāng)過(guò)充電流較大時(shí),散熱條件對(duì)熱失控的影響作用變得不太明顯。根據(jù)仿真結(jié)果,分析了影響鋰離子電池?zé)岚踩缘囊蛩?并從過(guò)溫保護(hù)、改善散熱條件、過(guò)充電保護(hù)、熱失控預(yù)警等不同方面提出相關(guān)建議,為提高鋰離子電池?zé)岚踩蕴峁┮罁?jù)。
【學(xué)位授予單位】：長(zhǎng)安大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：U469.72
【圖文】：

圖 1.1 2011 年-2016 年國(guó)內(nèi)電動(dòng)汽車(chē)火災(zāi)事故圖 1.2 電動(dòng)汽車(chē)著火原因統(tǒng)計(jì)生著火事故，將帶來(lái)嚴(yán)重后果。圖 1.3 所示為特斯拉金屬殘片導(dǎo)致電池起火的事故現(xiàn)場(chǎng)[8]。1年 2012年 2013年 2014年 2015年 207%10%10%31%10%7%25%碰撞浸水充電自燃不明原被引燃其它

鋰離子電池發(fā)展及應(yīng)用，電動(dòng)汽車(chē)?yán)m(xù)駛里程短、不能滿(mǎn)足人們長(zhǎng)距離出行要求的弊端嚴(yán)重影。為解決這一問(wèn)題，加快電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展和應(yīng)用，人們不斷提出了新“再生制動(dòng)”的出現(xiàn)和應(yīng)用。雖然這一控制策略能夠回收一部分能量高了電動(dòng)汽車(chē)的行駛里程，但效果不太明顯。作為電動(dòng)汽車(chē)“心臟”決這一問(wèn)題的關(guān)鍵。因此，高能量密度和高功率密度成為對(duì)動(dòng)力電池也加快了對(duì)鋰離子電池的研究。常見(jiàn)的磷酸鐵鋰電池由于能量密度較這一要求，而三元鋰離子電池如鎳鈷錳酸鋰電池（Li(NixCoyMnz)O2酸鋰電池（Li(NixCoyAlz)O2，NCA）等因其高能量密度等優(yōu)勢(shì)逐漸進(jìn)斷應(yīng)用在電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域且應(yīng)用規(guī)模不斷擴(kuò)大。近幾年來(lái)，我國(guó)對(duì)三元不斷增加。圖 1.4 所示為 2015 年—2020 年我國(guó)三元鋰離子電池產(chǎn)量

第一章 緒論能好和成本適中等諸多優(yōu)點(diǎn)成為目前應(yīng)用較多的三元鋰電池。NCM 三元鋰電式為 Li(NixCoyMnz)O2，x、y、z 之和為 1。鎳是主要活性成份，電池容量隨著增多而增大。但是，鎳含量過(guò)多則會(huì)引起電池容量下降，鈷的存在可以防止容錳離子能夠提高電池的穩(wěn)定性和安全性。鎳和鈷性質(zhì)相似，但鎳和錳的價(jià)格低種材料混合可以降低電池成本。前，已研制出不同體系的 NCM 三元鋰電池，比較常見(jiàn)的比例體系有：1:1:1（3M 三元鋰電池）、5:2:3（523 型 NCM 三元鋰電池）和 8:1:1（811 型三元鋰電池值是指 NCM 三元鋰電池中鎳、鈷、錳三種元素的摩爾之比，也即 x:y:z）。CM 三元鋰電池的化學(xué)結(jié)構(gòu)為六方晶系的 α-NaFeO2型層狀巖鹽結(jié)構(gòu)，如圖 1.5

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前9條

1 張明軒;馮旭寧;歐陽(yáng)明高;盧蘭光;王芳;樊彬;;三元鋰離子動(dòng)力電池針刺熱失控實(shí)驗(yàn)與建模[J];汽車(chē)工程;2015年07期

2 吳飛馳;夏順禮;趙久志;秦李偉;;三元?jiǎng)恿﹄姵氐臒崾Э匕踩苑椒ㄑ芯縖J];中國(guó)測(cè)試;2015年05期

3 歐陽(yáng)陳志;梁波;劉燕平;賴(lài)延清;劉業(yè)翔;;鋰離子動(dòng)力電池?zé)岚踩匝芯窟M(jìn)展[J];電源技術(shù);2014年02期

4 彭鵬;孫憶瓊;蔣方明;;鈷酸鋰電池烤箱熱濫用模擬及熱行為分析[J];化工學(xué)報(bào);2014年02期

5 陳薪;;楊裕生:動(dòng)力電池安全性不容小覷[J];低碳世界;2012年08期

6 楊裕生;;對(duì)電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展路線(xiàn)的思考[J];汽車(chē)縱橫;2012年01期

7 吳凱;張耀;曾毓群;楊軍;;鋰離子電池安全性能研究[J];化學(xué)進(jìn)展;2011年Z1期

8 劉璐;王紅蕾;張志剛;;鋰離子電池的工作原理及其主要材料[J];科技信息;2009年23期

9 陳玉紅;唐致遠(yuǎn);盧星河;譚才淵;;鋰離子電池爆炸機(jī)理研究[J];化學(xué)進(jìn)展;2006年06期

相關(guān)會(huì)議論文 前1條

1 胡傳躍;李新海;王志興;;鋰離子電池中電解液的熱行為分析[A];2004年全國(guó)冶金物理化學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議專(zhuān)輯[C];2004年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

1 葉佳娜;鋰電子電池過(guò)充電和過(guò)放電條件下熱失控（失效）特性及機(jī)制研究[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2017年

2 黃倩;鋰離子電池的熱效應(yīng)及其安全性能的研究[D];復(fù)旦大學(xué);2007年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前6條

1 陳萍;電動(dòng)汽車(chē)鋰離子電池電化學(xué)—熱場(chǎng)耦合模型研究[D];北京理工大學(xué);2016年

2 李坤;鋰離子動(dòng)力電池?zé)帷娀瘜W(xué)耦合特性分析及有限元模擬[D];北京理工大學(xué);2016年

3 鄭葳;立方體鋰離子電池過(guò)充危險(xiǎn)性研究及其熱模型分析[D];北京理工大學(xué);2015年

4 崔燦;鋰離子動(dòng)力蓄電池安全性的研究與應(yīng)用[D];清華大學(xué);2014年

5 辛乃龍;純電動(dòng)汽車(chē)鋰離子動(dòng)力電池組熱特性分析及仿真研究[D];吉林大學(xué);2012年

6 袁春剛;液態(tài)軟包裝鋰離子電池工藝與隔膜的研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2006年

本文編號(hào)：2796545