鉅大LARGE | 點擊量：957次 | 2019年03月08日
動力電池熱管理如何進行
煙霧、火災甚至爆炸等常見的鋰離子電池事故的根源大都來自于電池熱量的“失控”。如何將電池內的熱管理工作做好，為電池中的熱量分子們戴上“緊箍咒”，已成為未來解決動力電池安全的必答題。
“鋰離子電池安全與否，歸根到底取決于電池能否避免熱失控。”武漢大學教授艾新平介紹，在鋰電池中，除了我們熟知的正常充放電反應外，還存在著潛在的負反應。
“溫度越高，電池負反應的反應速度就越大，最終導致電池進入一個無法控制的自加溫狀態，也即熱失控狀態。它是導致電池發生爆炸和燃燒的主因。”艾新平進一步解釋。
“采用不同的正極材料，鋰離子電池的安全性就不同。”艾新平解釋，這是由于正極在電池中所占的質量比是最大的，常規來說放熱量也是最大，“因此正極材料的選擇對電池的安全性影響非常大。”
三個層面進行熱管理
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
“要提高電池的安全性，需從三個層面入手。一是材料層面，二是單體層面，第三個層面是系統層面。”艾新平介紹。
在材料層面，要重點提高材料和界面的熱穩定性，降低其產熱量；在單體層面，除優化電池熱設計外，更重要的是發展熱保護技術，如PTC電極、熱關閉隔膜等；在系統層面，則需重點開展隔熱設計，防止熱擴展。
研究表明，在對電池系統的熱分析中，磷酸鐵鋰的熱穩定性從材料上來講是最好的。“電池的安全性首先取決于自身材料的安全性。”上海交通大學特聘教授馬紫峰指出，要增加電池的安全性，高能量的電池就可能需要在系統設計當中加入特定的保護裝置，比如說冷卻系統、防爆系統等。
在單體層面，除了常規的熱安全設計外，更重要的是要建立單體自激發熱保護。“讓單體能根據自身感受的溫度，調整自己的電流輸出或功率輸出。電池如果可以關閉反應，其產熱也就終止了。”艾新平指出，PTC熱敏電阻材料的一個重要特征就是溫度升高到一定程度時，該材料就會從一個良好的導電態變成絕緣態，這將是單體熱保護技術中的重要路徑之一。
“除材料和單體的影響，系統也是電池安全性熱管理中不可缺失的一環。“在系統中，對電池狀態的估計非常重要，要用數學模型將其精確描述出來，并與電池的模型中的材料化學體系對應起來。”馬紫峰表示。
“提高材料或界面的熱穩定性，開發單體自激發熱保護技術，以及系統熱擴展防范技術，可有效改善電池系統的安全性，未來需加強研究。”艾新平表示，電池的安全性問題將伴隨電池比能量提高而變得愈加嚴峻，但不應由此否定動力電池技術路線和發展趨勢，正確面對并積極探索一些新的安全性技術，以促進電池技術進步。
