模拟在锂电池热失控机制研究的应用
车用锂离子动力电池热失控诱发与扩展机理、建模与防控
车用锂离子动力电池热失控诱发与扩展机理、建模与防控车用锂离子动力电池热失控诱发与扩展机理、建模与防控近年来，锂离子动力电池在汽车行业中得到了广泛应用，其高能量密度和长周期寿命使其成为电动汽车的首选能源系统。
然而，由于锂离子动力电池存在火灾、爆炸等安全隐患，对其热失控诱发与扩展机理的研究变得尤为重要。
本文将探讨车用锂离子动力电池的热失控机理、建模以及防控措施。
首先，了解车用锂离子动力电池的热失控机理对预防事故的发生至关重要。
在高温、短路、过充和过放等异常条件下，锂离子动力电池可能发生热失控。
其中，高温是造成热失控的主要原因之一，因为高温会导致正极材料的结构破坏和电解液的分解。
此外，短路会导致电流过大，进而引发电池内部温升，形成热失控。
同时，过充和过放也会导致电池内部化学反应的不平衡，进而引发电池过热。
针对车用锂离子动力电池的热失控机理，研究人员提出了不同的建模方法，以预测电池在异常情况下的热行为。
其中，基于热传导方程的建模方法是最常用的一种。
该方法通过建立电池的物理模型，考虑电池的结构和材料参数，预测电池内部温度的分布。
此外，还有一些基于电化学反应和热失控过程的建模方法，通过解析电池内部的化学反应方程，预测电池的热行为。
这些建模方法不仅可以帮助研究人员更好地理解电池的热失控机理，还可以为电池设计和系统控制提供重要的参考依据。
除了研究热失控机理和建模方法外，制定科学的防控措施是预防车用锂离子动力电池事故发生的关键。
首先，应加强电池包的设计和制造，确保电池内部的隔热层和热敏传感器的良好封装，以提高电池的热管理能力。
其次，建立完善的监测与保护系统，及时检测电池的温度、电流、电压等参数，当参数异常时进行报警和保护。
此外，开展合理的电池充放电控制，避免过充和过放，减少热失控的风险。
最后，通过安全教育和培训，提高用户对电池安全的意识和应对能力，避免人为因素引发的事故。
综上所述，车用锂离子动力电池热失控诱发与扩展机理、建模与防控是电动汽车发展过程中亟待研究的重要方向。
锂电储能系统热失控防控技术研究进展
锂电储能系统热失控防控技术研究进展储能电站锂离子电池火灾事故频发引起了人们对锂离子电池热失控特性和防控技术的关注与重视。
本文将储能电站锂离子电池在外部滥用条件下的热失控演化过程划分为3个阶段和6个过程，分别是热失控早期、热失控发生期、火灾初期3个阶段和放热、产气、增压、喷烟、起火燃烧和气体爆炸6个过程。
整个演化过程各阶段并不是独立的，而是化学反应重叠交叉进行的。
因储能电站火灾与传统火灾燃烧特性差异较大，需根据其热失控演化过程特点提出针对性的防控措施。
本文梳理了近年来锂离子电池热失控特性和防控技术的研究进展，对锂离子电池热失控演化过程、监测预警技术、热失控抑制和灭火技术等方面进行了归纳总结与展望。
锂离子电池目前被广泛应用于储能领域，储能电站火灾爆炸事故频发引发了人们对电化学储能电站安全性的极大关注。
锂离子电池是储能电站电能的能量载体，其电极体系组分具有很高的热危险性，封装成电池后其热危险性加剧。
2021年4月，北京丰台区储能电站发生爆炸事故，造成两名消防员死亡，使得公众对储能电站的应用前景担忧。
近年来发生的储能电站火灾爆炸事故如表1所示。
储能电站锂离子电池的火灾爆炸事故，主要是电池单体发生内短路后使得电池热失控起火燃烧，进一步热失控扩展到相邻电池，从而形成大规模火灾，在受限空间中气体积聚到一定程度时，遇到点火源，又会发生爆炸。
尽管锂离子电池存在自引发内短路致使热失控的风险，但是概率很低，仅为百万分之一。
一般认为，热失控是在外部诱发条件如热滥用、电滥用、机械滥用下造成的。
储能电站锂离子电池发生热失控时，电池间会发生热失控蔓延，进一步引发大规模的电池燃烧，如图1所示。
图1锂电储能系统热失控演化过程储能电站锂离子电池由热失控演化为火灾爆炸的过程，一般可分为4个阶段：①电池在滥用条件下释放热量，产生可燃有毒气体；②热量和可燃气体在电池壳密闭空间内形成较大压力，打开安全阀后泄气；③高温泄气经过安全阀形成喷射火或形成大量高温可燃有毒混合气；④高温混合气在单预制仓储式结构中积聚，最后遇到点火源后引发爆炸。
大型磷酸铁锂电池高温热失控模拟研究
控，且环境温度越高，电池发生热失控的时间越早，温升速率加快。此外，通过对热失控各副反应分解浓度分
析得知，未发生热失控情况下只发生了 SEI 膜和负极的分解反应，而正极与电解液的反应是造成电池热失控的主
通信作者：王青松，教授，主要从事火灾安全领域相关研究，E-mail：
pinew@。
Copyright©博看网 . All Rights Reserved.
第1期
梅文昕等：大型磷酸铁锂电池高温热失控模拟研究
203
that only the decomposition of the solid electrolyte interphase layer and anode occurred in the nonthermal runaway cases. The reaction between the cathode and the electrolyte is the main cause of
elevated temperatures. This paper presents the study of 109 A·h large-scale lithium iron phosphate
power batteries, and an oven thermal runaway model at six different temperatures (140 ℃ , 145 ℃ ,
要诱因。最后通过对比发生热失控和未发生热失控情况下电池的温度分布，发现未发生热失控条件下电池温度
分布均匀，而发生热失控时电池温度均匀性变差。同时发现高环境温度下电池的热失控更为剧烈，温度分布极
车用锂离子动力电池热失控诱发与扩展机理、建模与防控
车用锂离子动力电池热失控诱发与扩展机理、建模与防控一、本文概述随着新能源汽车市场的迅猛发展和普及，车用锂离子动力电池作为其核心动力源，其安全性和稳定性日益受到人们的关注。
然而，近年来车用锂离子动力电池热失控事件频发，给人们的生命财产安全带来了严重威胁。
因此，深入探究车用锂离子动力电池热失控的诱发与扩展机理，建立准确的热失控模型，以及研发有效的防控措施，已成为当前新能源汽车领域亟待解决的关键问题。
本文旨在全面系统地研究车用锂离子动力电池热失控的诱发与扩展机理，通过建立精确的热失控模型，为防控策略的制定提供科学依据。
文章首先将对车用锂离子动力电池的基本结构和工作原理进行简要介绍，然后重点分析热失控的诱发因素，包括电池内部短路、外部热冲击等。
在此基础上，深入探讨热失控的扩展过程，包括热失控的链式反应、热量传递与扩散等机制。
为了更好地理解热失控现象，本文将建立车用锂离子动力电池的热失控模型。
该模型将综合考虑电池内部化学反应、热传递、材料性能等因素，以揭示热失控过程中的关键参数和影响因素。
通过模型验证和仿真分析，可以为防控策略的制定提供有力支持。
本文将提出一系列有效的防控措施，旨在降低车用锂离子动力电池热失控的风险。
这些措施包括优化电池设计、提升电池材料性能、加强电池管理系统智能化等。
通过实施这些措施，有望为新能源汽车的安全运行提供有力保障。
本文的研究成果不仅对于提升车用锂离子动力电池的安全性具有重要意义，同时也为新能源汽车产业的可持续发展提供了有力支撑。
二、锂离子动力电池热失控诱发机理锂离子动力电池的热失控是一个复杂的过程，涉及电池内部的多个物理和化学变化。
理解这些变化及其相互作用对于预防和控制热失控至关重要。
热失控的诱发机理主要包括电池内部短路、电池滥用、外部热源、材料老化和制造缺陷等。
电池内部短路：电池内部短路是热失控最常见的诱发因素之一。
这可能是由于电池内部隔膜的损坏、锂枝晶的生长或电池内部的金属杂质等原因导致的。
锂离子电池热失控研究热点与趋势
锂离子电池热失控研究热点与趋势摘要：当今时代，国家大力开发各种新型能源，符合可持续发展理念，电动汽车应运而生，逐渐成为新能源汽车的主体，其动力来源以锂离子电池较为普遍。
因具有自放频率低、能量高、使用年限长等特点，锂离子电池逐渐成为了新能源汽车的首选。
随着锂离子电池应用范围的不断扩大，出现了充电安全隐患、挤压碰撞致使损坏等一系列问题。
锂离子电池的科学应用是目前研发新能源电池应首要关注和研究的重点，对新能源汽车领域的发展有着至关重要的作用。
目前,国内外研究人员已对锂离子电池热失控引起的安全问题进行了大量研究,并初步掌握了热失控的引发条件、蔓延过程和抑制防护方法,为大规模推广和应用电动汽车奠定了基础。
关键词：锂离子电池；热失控；热点与趋势引言2021年10月，中国汽车工业协会发布2021年新能源汽车销量或突破300万辆，标志着作为推行“中国制2025”的重点领域的新能源汽车在我国商用新能源汽车方面取得重大进展。
但随着大量新能源汽车进入交通体系，新能源汽车安全事故也随之增加，其中以锂离子电池为动力源的纯电动汽车着火事故更是触目惊心。
这严重威胁到人们的生命财产安全，极大地打击了人们对新能源汽车行业的信心，锂离子电池热失控成为亟待解决的重要问题。
1锂离子电池工作机理为了解锂离子电池的失效机制，首先需要明确其工作机理。
锂离子电池通常由正极材料、负极材料、电解液和隔膜构成。
商业化的正极材料有钴酸锂（LiCoO2）、磷酸铁锂（LiFePO4）、镍酸锂（LiNi2O4）、锰酸锂（LiMn2O4）和三元正极材料。
负极材料主要是石墨和无定形碳，因正极材料而异，通常需要满足锂离子扩散条件，且成本低。
电解液由锂盐和有机溶剂组成，常用的有机溶剂如碳酸亚乙酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯和碳酸甲酯等。
隔膜主要采用聚烯烃隔膜，如聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）等。
在放电过程中，锂离子从正极材料脱出，并在电解液中扩散至负极嵌入负极材料，电子在外加载荷作用下，从正极移动到负极。
《锂离子电池电热失控问题研究国内外文献综述3600字》
锂离子电池电热失控问题研究国内外文献综述目录锂离子电池电热失控问题研究国内外文献综述 (1)1国内外锂离子电池研究历程 (1)12不同荷电状态下受热的锂离子电池热失控研究 (3)参考文献 (4)1国内外锂离子电池研究历程锂离子电池作为清洁、无污染的新型储能装置成为诸多领域的主要动力供应源，其在日常应用过程中会遇到的普遍问题即为电池容量的衰减致使的电池老化，导致容量衰减较为常见的因素有电池的长循环充放电、过充过放等，这由锂离子电池的正负极材料及工作原理决定。
在目前国内外开展的研究工作中，对锂离子电池循环过充放电及电极材料的影响机理的研究取得了一定进展。
长循环或者以较大电流充放电时会引起锂离子电池内阻发生变化。
在实际应用中，由于各种人为原因，锂离子的电池通常会过度充电或过度放电。
因此，对锂离子电池的过充和过放进行研究，不仅可以弄清电池在过充和过放过程中的热行为，而且可以加深对锂离子电池过充和过放热失控原因的认识，掌握失控发热的主要原因。
国内学者对过充锂离子电池的热失控安全性进行了系统的研究。
2017年，叶佳娜[13]通过定量测定过充和热失控的临界条件，从三个方面研究了电池过充和热失控的机理，为锂离子电池的工业应用提供了理论依据和技术支持。
顾宗玉等人[14]于2018年对锂离子电池在过充条件下的热失控爆炸事故进行了研究，选取了100%SOC、50%SOC和0%SOC的电池进行实验，得出了随着荷电状态的变化，锂离子电池热失控反应后的痕迹特征有很大的不同的实验结论。
2019年，朱晓庆等[15]以锂离子动力电池单体为研究对象,研究其在不同充电倍率条件下的行为特性。
结论指出充电倍率的增大会使锂电池热失控峰值温度及电压都升高，其研究为锂离子电池的安全性设计及如何管理电池故障提供了建议。
事实上，关于过充放电对锂离子电池安全性能的影响国外也进行了许多相关的研究。
2019年，Huang等[16]研究了不同的电池封装方式对锂离子电池过充电时的热失控行为的影响。
新能源安全-锂离子电池热失控预警及防护技术研究
锂离子电池热失控预警及防护技术研究目录CONTENTS 01PART.ONE安全法规现状02PART.TWO热失控预警研究03PART.THREE整车应用Contents01P ART.ONE安全法规现状标准法规现状0201030704《营运客车类型划分及等级评定》(JT/T325-2013)第一号修改单纯电动客车及混合动力客车应装配有动力电池箱专用自动灭火装置。
JT/T1240-2019《城市公共汽电车车辆专用安全设施技术要求》11.1 电池箱应配置具有热失控预警、火灾报警及火灾抑制功能的电池箱灭火装置。
（GB7258-2017）《机动车运行安全技术条件》06车长大于等于6m 的纯电动客车、插电式混合动力客车，应能监测动力电池工作状态并在发现异常情形时报警，且报警后5min 内电池箱外部不能起火爆炸。
《公共汽车类型划分及等级评定》（JT/T888-2014）第一号修改单纯电动公共汽车及混合动力公共汽车应装配有动力电池箱专用自动灭火装置。
《关于申报第五十五批高级客车（含公共汽车）等级评定的通知》纯电动客车及混合动力客车应装配有动力电池箱专用自动灭火装置。
没有此项装置，不予评级。
《纯电动城市客车通用技术条件》（JT/T1026-2016）舱体内应配置具有高温预警及自动灭火功能的电池箱专用自动灭火装置。
标准法规预警+防护装置GB 《电动汽车安全要求》5.22.3REESS 热事件（事故）报警如果REESS 将要发Th 热失控的安全事故时，应通过一个明显的信号（例如：声或光信号）装置向驾驶员提示。
05热事件（事故）报警灭火药剂（七氟丙烷、六氟丙烷、干粉、1230、水…等降温作用药剂）交通部推荐标准2018年8月JT/T 1203-2018《混合动力公共汽车配置要求》6.3.1车载储能装置舱内宜安装电池箱专用自动灭火装置，灭火装置具有电池箱内部火情探测预报警功能。
032017年4月JT/T 1096-2016《电动公共汽车配置要求》电池舱内应配置具有高温预警及自动灭火功能的电池箱专用自动灭火装置。
动力锂电池热失控机理及保护技术研究
动力锂电池热失控机理及保护技术研究一、引言近年来，随着电动汽车和电子设备的快速普及，动力锂电池已成为人们生活中不可或缺的能源之一。
然而，动力锂电池在充电、放电以及长期使用过程中，存在发生热失控的风险。
热失控会引起爆炸、火灾等严重后果，严重威胁人们生命财产安全。
因此，研究动力锂电池的热失控机理，开发相应的保护技术变得至关重要。
二、动力锂电池的热失控机理动力锂电池的热失控机理主要由以下几点构成：1.电化学反应的不均匀性动力锂电池内部有大量的电化学反应发生。
当电化学反应发生的不均匀时，会导致动力锂电池内部局部温度升高，从而引起热失控。
2.内部短路由于动力锂电池内部存在电解液、阳极、阴极等多种化学物质，当这些化学物质相互混合时会引起内部短路，从而引起局部温度升高，进而导致热失控。
3.高温环境下的不良影响由于动力锂电池在高温环境下使用时，容易出现温度过高的现象。
这会进一步加速电池的自发反应，从而导致热失控。
4.外界物理因素刺激类似于汽车碰撞或摔落等物理因素刺激，可能会引起动力锂电池的机械性破坏，导致其中的化学物质相互混合，从而引起热失控。
三、动力锂电池的保护技术为了预防动力锂电池的热失控，一些保护技术已经研究出来，例如：1.隔热技术在动力锂电池上覆盖隔热材料可以有效地减少动力锂电池的温度升高。
这可以有效地预防动力锂电池的热失控，提高其安全性。
2.热量吸收剂技术通过在动力锂电池的表面涂上热量吸收剂，可以将电池内部的热量转化为其他形式的能量，从而减缓动力锂电池的温度升高速度。
3.电池管理系统技术电池管理系统技术可以监控电池的温度升高情况，并在必要时停止充电或放电过程。
此外，还可以通过调整充放电的速度，减缓动力锂电池的温度升高速度。
4.高容量放电技术高容量放电技术可以通过增加动力锂电池内部的电解液、阳极、阴极等物质的容量，从而提高动力锂电池的放电效率。
这可以有效地减少动力锂电池在高温环境下的温度升高。
四、总结动力锂电池已经成为现代生活中不可或缺的能源之一。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
(8)
058
275
2009/11
240°C LiCoO2 LiFePO4 LiFePO4 LiFePO4 ARC J.R. Dahn LiCoO2
(9)
LiFePO4 LiPF6 EC/DEC Li
[Ni0.1Co0.8Mn0.1]O2 LiFePO4 LiBOB EC/DEC
ARC
LiFPO4 ARC
Current is going throuth aluminum foil
LixMO2/Decomposition + Reaction with Electrolyte, M = Ni, Co, Mn (450~1400J/g) Solvent + LiPF6 (250J/g) Anode SEI Decomposition (350J/g) 1 Separator Fusion (PE) (-190J/g)
1.0
145°C
200 (a) 150 100
5.8°C Overshoot
150°C Line Moli Measurement (3.7°C Overshoot) Calculation Calculation with no chemically generated heat
Qchemnderwriters Laboratories Inc.) 2007 SEI
UL Test)(2)
BAJ (Blunt Nail Crush
Blunt Nail Crush Test Method
0.1 mm/s
The CT-scan of the tested cell shows the short was induced at outer layer/layers
060
Current (Amperes)
(a)
80
Calculation Experiment
275
2009/11
15 4.2 V 145 150 155°C 140 Qchem Qout 145~150°C 155°C 1.1 1.2 1.25 1.3 cm
155°C Qchem
0.9 145°C 1.1 cm
(e)
0.7M LiBOB EC/
100 10 1 0.1 10 1 0.1 10 1 0.1 10 1 0.1 10 1 0.1
(a) LiCoO2 (0.8 µm)
LiPF6 EC/DEC LiBOB EC/DEC
(b) LiCoO2 (2 µm)
dT/dt (°C/min)
(c) LiCoO2 (8 µm) (d) Li[Ni0.1Co0.8Mn0.1]O2 (0.1 µm)
DSC (mW/mg)
LiNi1-x-yCoxM2yO2
15 10 5 0 0
LiNi1-x-yCoxM1yO2
12 10
Heat Flow (W/g)
LiNi1-xCoxO2
Total Capacity = 180 mAh/g E = 1950 J/g Total Capacity = 150 mAh/g E = 640 J/g
Sony Sony 1991
PDA
(Thermal Runaway) (Nail Test) 18650 1200 mAh 2800 mAh 2006 (Forced Internal Short Circuit Test)
(1)
(Battery Association of Japan; BAJ)
50 160 150 140 130 0.75 (c) (b)
Cooling due to pressure vent opening
250 200 150 100
Temperature (°C)
Model
xi
0.50 0.25 0.10 (d)
50 0
Oven Tests
xf
0.05 0.00 0.50 (d)
Li/Binder Solvent
dT/dt, °C/min
10°C/min Scan Rate
1
NiCoO2 Mn2O4
10 1 0.1 60
100
140
180
220 T, °C
260
300
340
380
80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 T, °C
ARC DSC
MCMB/SOLEF 6020 5%
100
25 20
Total Capacity = 180 mAh/g E = 800 J/g Total Capacity = 185 mAh/g E = 1200 J/g
200 Temperature (°C)
300
400
SOLEF 6020 5% DSC
(6)
300
400
DSC
(5)
MCMB
(6)
DSC
057
275
2009/11
R. Spotnitz
J. Franklin
2003
SEI 70°C
70°C SEI
(8)
85°C
SEI
(Self-heating Rate) (Differential Scanning Calorimeter; DSC) ARC) (dT/dt, °C/min)
∆ H1 ∆H2 A2 DSC ARC J.R. Dahn 18650 LiMn2O4/MCMB 45 NEC Moli E1 A1 E2
z
0.16 0.14 0 2 4 6 8 Time (minutes) 10 12
(b) (d)
NEC Moli 18650 LiMn2O4/MCMB (a) (c) SEI (10) SEI
–z ∆H1 ∆H2 A e k T xn A e k T xie z Cm f + C 1 C 2
B B 0
2
125 100 75 50 (b)
60 40 20 0
Current Profile
–E1
–E2
x i
Qele Qout Qnet
Qchem
0.60 0.40 (c)
x f
0.10 0.05 0.00 0.18 (d)
(10)
40
80 120 Time (min)
160
200
E-One Moli 18650 LiCoO2/Graphite (11) 140~155°C
061
275
2009/11
10 Ah 0.5 C 10°C 1.0 C 10 Ah 10 Ah LiCoO2 100 Ah
100 Ah 100 Ah 15°C 3C
200 160 Temperature (°C)
2.
120 80 40 0
Effect of Cell Radius 0.9 cm 1.0 cm 1.1 cm 1.2 cm 1.25 cm 1.3 cm
200 150 100
E-One/Moli Oven Exposure Data 4.2 Volts 140°C 145°C 150°C 155°C
z
0.25 0.00 0 20 40 Time (minutes) 60 80
50 0 0
(b)
NEC Moli 18650 LiMn2O4/MCMB 150°C (a) (c) (d) SEI (e) SEI
8 6 4 2 0 -2 0
SOLEF 21216/5% MCMB SOLEF 31515/5% MCMB SBR_CMC/5% MCMB PTFE/5% MCMB
SOLEF 6020/5% MCMB
LiCoO2
100
200
300
400
Temperature (°C)
100
200 Temperature (°C)
Li[Ni0.1Co0.8Mn0.1]O2 1M LiPF6 EC/DEC
0.7M LiBOB EC/DEC (a~c) LiCoO2 LiCoO2
LiFPO4 Mn0.1]O2 LiCoO2 1M LiPF6 EC/DEC DEC
Li[Ni0.1Co0.8 LiFePO4 180°C Try & Error
I
Short cirucit between positive electrode and negative electrode
Case Aluminum Foil Electrode Wound Core Short circuit between foil and can I
Between positive electrode and negative electrode
(7)
160°C
1000 100
q, W/g
SEI Decomp. NiCoO2 Decomp. LiC6/Binder
Li/Solvent Li/Binder Mn2O4 Decomp.
LiC6/Solvent Solvent Decomp.
10 SEI Li/Solvent LiC6/Solvent 0.1 LiC6/Binder 0.01 60
CT
UL
(3)
Forced Internal Short-circuit Test
Current is concentrated on the point
Nail Test
LixC6/binder + Electrolyte (1500J/g)
Thermal Runaway
Heat Generation
Heat Flow, W g-1 (exo up)