论文发表 | 论文范文 | 公文范文
最新公告:目前,本站已经取得了出版物经营许可证 、音像制品许可证,协助杂志社进行初步审稿、征稿工作。咨询:400-675-1600
您现在的位置: 新晨范文网 >> 科技杂志 >> 生物科学杂志 >> 生命科学杂志 >> 正文

锂离子电池全生命周期安全性研究

定制服务

定制原创材料,由写作老师24小时内创作完成,仅供客户你一人参考学习,无后顾之忧。

发表论文

根据客户的需要,将论文发表在指定类别的期刊,只收50%定金,确定发表通过后再付余款。

加入会员

申请成为本站会员,可以享受经理回访等更17项优惠服务,更可以固定你喜欢的写作老师。

摘要:在对锂离子电池全生命周期的安全性问题展开分析的基础上,对电池全生命周期安全性演变研究情况进行了探讨,以便对电池的安全检测和管理提出科学建议。

关键词:锂离子电池;全生命周期;安全性演变

1锂离子电池全生命周期的安全性问题

目前,动力汽车使用的锂离子电池的全生命周期大致可以划分为五个阶段,即生产阶段、首次使用阶段、重制阶段、二次使用阶段和回收阶段。在首次使用之后,电池将被拆卸、拆解,经过检测后重新制作成储能系统,投入二次使用,以确保资源能够得到充分利用。而想要实现锂离子电池的二次使用,则要保证电池拥有较高安全性。因此,锂离子电池全生命周期的安全性已经成为电池的重要指标,将对电池的应用产生制约。绝大多数锂离子电池出现的安全问题,是由电池设计和制造缺陷引起。在电池老化衰减的过程中,需要经过多次安全性演变。因此加强锂离子电池安全性演变研究,才能实现锂离子电池的全生命周期标准化管理。

2锂离子电池全生命周期安全性演变研究

2.1电池老化衰减与安全性演变研究从现有研究来看,电池安全性能变化,与电池老化衰减有着直接的关系。在锂离子电池的全生命周期中,正负极及电解液等材料都将发生老化衰减。正极的老化衰减包含过渡金属离溶解、晶体结构变坏、活性物质损失和钝化膜形成等,会引起材料热稳定性的变化,使电池充电能力下降。负极的衰减老化现象同样包含活性物质损失,导致电池耐过充能力下降,同时也包含表面析锂和SEI膜增厚,前者将导致材料热稳定性下降,促使电池产热速度提高,后者将使电池热稳定性增加,造成电池产热起始温度提高。电池电解液氧化分解,则将导致电池产生更大的内压,促使电池体积不断膨胀。电池因导电剂失效、表面钝化膜增加等因素引起的内阻增加问题的出现,将导致电池放电焦耳热增加,使电池耐过充能力被削弱[1]。

2.2不同老化状态下的电池安全性演变研究在锂离子全生命周期中,会发生不同的老化,主要分为循环老化和储存老化,将导致电池发生不同的安全性演变。2.2.1循环老化电池的安全性演变在循环老化状态下,电池可能在过充电和短路等测试中发生爆炸、火灾等情况,与电池的电滥用性能降低有关。因为在高温或常温的循环老化工况下,电池会因为内阻上升出现焦耳产热增加的情况,导致电池发生热失控。从研究结果来看,经过循环老化,经受挤压、针刺等机械滥用,电池并不出现较大的安全性演变。但是在异常温度冲击下,电池热稳定性会发生变化,导致电池出现热失控或自产热问题。出现这种情况,与循环老化引起电池负极表面SEI膜的稳定性变化有关,其在循环过程中不断破裂,导致不稳定的膜产生,将难以起到保护石墨极的作用,导致石墨极与电解液反应,促使电池热稳定性下降,在负极析出锂。结合当前研究进展可知,低温循环后进行电池绝热热失控测试,在30~100℃,电池产热速率迅速提高,会析出十分活波的锂金属,与电解液反应,导致电池的安全性降低。在常温循环测试下进行电池绝热热失控测试,在达到600次循环时电池自产热温度下降至60.5℃,升温速率不断提升,安全性随之降低,在过充测试中经过400次循环则会发生爆炸、着火情况。2.2.2储存老化电池的安全性演变在储存老化工况下,电池在绝热热失控测试下会出现自产热起始温度提高的情况,产热速率会随之下降。在储存时间增加的条件下,这两个参数也会随之增加。因此可以说明,经过储存,锂离子电池耐热滥用性能会随之提升。在100%的SOC条件下,将电池在常温或高温状态下储存4h,电池容量将有所衰减,温度越高衰减越大,在过充电测试中仅有储存温度达到90℃的电池会起火。在储存老化至电池容量衰减为原本的33%~80%的条件下,挤压测试中电池不会出现安全性问题。因此从当前研究进展来看,经过储存老化,锂离子电池会因为负极表面SEI膜稳定而获得更高的电池热稳定性,不会出现SEI膜破裂的情况。因为在储存的过程中,电池中SEI膜的不稳定将转化为稳态,更好地为石墨负极提供保护。但是在储存过程中,电池可能会因为气体的产生而碰撞,导致电池安全性受到影响。此外,经过储存老化,电池内阻会增加,在电滥用条件下同样会出现焦耳产热增加的情况,因此会导致电池的耐电滥用性能减弱。

3结论

锂离子电池的生产、使用将经历较长的全生命周期,整个过程都要加强安全检测,保证电池的安全性,才能更好进行锂离子电池的设计和生产。从电池全生命周期安全性演变研究进展来看,在循环使用和储存老化的过程中,电池安全性降低主要是由电池滥用引发的,同时也会受到环境温度的影响,导致电池内部产生不可逆热反应,因此还应加强实时检测和安全管理,以免电池使用、储存过程中发生安全事故。

参考文献

[1]崔妍,付强,潘薇,等.动力汽车用锂离子电池全生命周期标准体系建设研究分析[J].标准科学,2016(12):23-29.

作者:邵晓挺 冯浩 单位:合肥工业大学化学与化工学院

生命科学杂志责任编辑:张雨    阅读:人次