【摘要】：鋰離子電池尤其三元鋰離子電池,因其綜合性能較好,已成為電動汽車能量源的較佳選擇。然而,由鋰離子電池熱失控問題引發(fā)的電動汽車安全事故不斷發(fā)生,嚴重影響了鋰離子電池在電動汽車上的推廣應用。因此,針對鋰離子電池熱失控的研究具有重要意義。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熱安全性的因素并提出相關建議。本文分析了鋰離子電池的結構組成、工作原理、生熱和傳熱機理,同時對鋰離子電池發(fā)生熱失控的機理、原因以及主要副反應類型等進行了研究分析,為電池熱失控研究提供了理論依據(jù)。以電動汽車用鎳鈷錳三元鋰電池為研究對象,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,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過充電試驗,仿真分析該電池在過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進程及產熱情況,并研究了散熱條件、材料穩(wěn)定性以及對流換熱系數(shù)對熱失控的影響。研究結果表明,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)生熱失控的時間越早;副反應是引發(fā)鋰離子電池熱失控的直接原因,負極反應、正極反應以及電解液分解對熱失控影響較大;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,鋰離子電池在0.1C、0.3C和0.5C過充電條件下將發(fā)生熱失控現(xiàn)象;隨著過充電流增大,電池發(fā)生熱失控的時間提前;良好的散熱條件對過充電熱失控具有一定的抑制作用,但當過充電流較大時,散熱條件對熱失控的影響作用變得不太明顯。根據(jù)仿真結果,分析了影響鋰離子電池熱安全性的因素,并從過溫保護、改善散熱條件、過充電保護、熱失控預警等不同方面提出相關建議,為提高鋰離子電池熱安全性提供依據(jù)。
【學位授予單位】：長安大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：U469.72
【圖文】：

圖 1.1 2011 年-2016 年國內電動汽車火災事故圖 1.2 電動汽車著火原因統(tǒng)計生著火事故，將帶來嚴重后果。圖 1.3 所示為特斯拉金屬殘片導致電池起火的事故現(xiàn)場[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)展及應用，電動汽車續(xù)駛里程短、不能滿足人們長距離出行要求的弊端嚴重影。為解決這一問題，加快電動汽車的發(fā)展和應用，人們不斷提出了新“再生制動”的出現(xiàn)和應用。雖然這一控制策略能夠回收一部分能量高了電動汽車的行駛里程，但效果不太明顯。作為電動汽車“心臟”決這一問題的關鍵。因此，高能量密度和高功率密度成為對動力電池也加快了對鋰離子電池的研究。常見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)勢逐漸進斷應用在電動汽車領域且應用規(guī)模不斷擴大。近幾年來，我國對三元不斷增加。圖 1.4 所示為 2015 年—2020 年我國三元鋰離子電池產量

第一章 緒論能好和成本適中等諸多優(yōu)點成為目前應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，鎳含量過多則會引起電池容量下降，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。鎳和鈷性質相似，但鎳和錳的價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 三元鋰電池的化學結構為六方晶系的 α-NaFeO2型層狀巖鹽結構，如圖 1.5

【參考文獻】

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1 張明軒;馮旭寧;歐陽明高;盧蘭光;王芳;樊彬;;三元鋰離子動力電池針刺熱失控實驗與建模[J];汽車工程;2015年07期

2 吳飛馳;夏順禮;趙久志;秦李偉;;三元動力電池的熱失控安全性方法研究[J];中國測試;2015年05期

3 歐陽陳志;梁波;劉燕平;賴延清;劉業(yè)翔;;鋰離子動力電池熱安全性研究進展[J];電源技術;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];化工學報;2014年02期

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

6 楊裕生;;對電動汽車發(fā)展路線的思考[J];汽車縱橫;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];化學進展;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;盧星河;譚才淵;;鋰離子電池爆炸機理研究[J];化學進展;2006年06期

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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年全國冶金物理化學學術會議專輯[C];2004年

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1 葉佳娜;鋰電子電池過充電和過放電條件下熱失控（失效）特性及機制研究[D];中國科學技術大學;2017年

2 黃倩;鋰離子電池的熱效應及其安全性能的研究[D];復旦大學;2007年

相關碩士學位論文 前6條

1 陳萍;電動汽車鋰離子電池電化學—熱場耦合模型研究[D];北京理工大學;2016年

2 李坤;鋰離子動力電池熱—電化學耦合特性分析及有限元模擬[D];北京理工大學;2016年

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

4 崔燦;鋰離子動力蓄電池安全性的研究與應用[D];清華大學;2014年

5 辛乃龍;純電動汽車鋰離子動力電池組熱特性分析及仿真研究[D];吉林大學;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;2006年

本文編號：2796545