• 研究论文 •
闻文, 周静红*, 鲁浩天, 周兴贵
Wen Wen, Jing-Hong Zhou*, Hao-Tian Lu, Xing-Gui Zhou
摘要: 锂离子电池作为动力电池应用中的热安全问题始终是行业关注的重点。全面了解电池内部副反应对电池温升的影响规律,对准确分析热失控过程和预测锂离子电池的热安全性至关重要。虽然在之前的研究中,已有多种副反应已被确定为热源,如固体电解质界面膜分解、负极与电解液反应、正极与电解液反应以及电解液分解反应,但这些反应的量化仍然不够标准化。尤其是高温下粘合剂分解(最常见的是聚偏二氟乙烯)产生的热量对锂离子电池热失控过程的影响知之甚少。因此,本文针对18650型锂离子电池构建了一个电热耦合数值模型,系统分析了高温条件下这五种主要副反应导致热失控的协同作用,特别聚焦于精确量化热失控过程中粘合剂反应热的贡献。结果表明:一旦环境温度超过引发链式放热副反应所需的阈值,模型中包含或排除粘合剂反应不会影响锂离子电池热失控的评估结果。然而,在该条件下,粘合剂反应对总热量释放的热量贡献显著增加,因此成为热失控传播过程中温度升高的主要热源之一。相反,如果环境温度未达到阈值,则粘合剂分解的热量贡献可以忽略不计。此外,改进的电热耦合模型可作为一种有效的模拟工具,用于设计具有增强安全保证的电池系统,选择合适的粘合剂材料以减轻热失控的不利影响,并优化电池开发过程中的热管理,可大大缩短了研发周期。本文的研究结果为不同精度要求的电热模型建立了热源选择标准,同时为锂离子电池设计中的模型简化和高保真度优化提供了理论基础。