鋰離子電池?zé)嵝?yīng)原理解說

用過電池的朋友相信都感受過電池發(fā)熱的情況，當(dāng)然大多數(shù)情況下的電池發(fā)熱是在可控且安全的范圍內(nèi)的，但是也有少部分是不可控的，導(dǎo)致電池自燃爆炸事故的，這個主要是因為鋰離子電池熱效應(yīng)超過了可控范圍的原因，那么鋰離子電池?zé)嵝?yīng)原理是怎么樣的呢？

1、電池?zé)嵝?yīng)產(chǎn)生的原因

鋰離子電池分別用兩個能可逆地嵌入與脫嵌鋰離子的化合物作為正負極構(gòu)成的二次型電池。工作的時候，靠鋰離子在正負極之間的移動來實現(xiàn)電池的充放電。目前鋰離子電池正極材料主要使用的是L iCo O2，充電時，電池兩極間的電壓迫使正極的L iC o O 2 釋出鋰離子，嵌入電池負極排列呈片層結(jié)構(gòu)的鋰-碳化合物中；放電時，鋰離子則從負極片層結(jié)構(gòu)的鋰-碳化合物中析出，重新和正極的化合物結(jié)合，鋰離子的移動產(chǎn)生了電流，這個過程會產(chǎn)生熱量，這些鋰離子數(shù)量過大的時候，就會開始發(fā)生過大的熱量，而散熱跟不上的時候，那么就會發(fā)生發(fā)熱失控的情況。

2、離子電池的熱效應(yīng)模型

鋰離子電池從外形分類一般分圓柱形和方形，而聚合物鋰離子還可制成任意形狀。根據(jù)鋰電池?zé)嵝?yīng)的基本原理，建立一個直角坐標(biāo)系內(nèi)的空間鋰離子電池?zé)嵝?yīng)數(shù)學(xué)模型，用數(shù)學(xué)的方式描述鋰離子電池?zé)嵝?yīng)的基本狀態(tài)。數(shù)學(xué)模型的建立通常實在理想的情況下進行的，鋰電池的熱效應(yīng)數(shù)學(xué)模型也不例外，這就要求我們對電池進行必要的簡化，具體簡化如下：

( 1 ) 因為我們分析的是液態(tài)鋰離子電池，其內(nèi)部電解液幾乎不流動,可以將電解液的對流散熱效應(yīng)忽略。

(2)鋰電池在工作過程的輻射熱影響非常小，可以忽略不計。

(3)因為數(shù)學(xué)模型是在理想情況下建立的，假定電池的各種參數(shù)不變，忽略溫度對其的影響。

(4)電池的正負極及電解液的材料是各項同性的。

(5)熱量在電池內(nèi)部是均勻分布的。

(6)鋰電池在各個方向上具有相同的導(dǎo)熱系數(shù)。

離子電池在充、放電的時候,會發(fā)生極化反應(yīng),平均電壓與開路電壓在這種情況下會產(chǎn)生偏差,由于這種電壓偏差而產(chǎn)生的熱量就叫做極化熱, 極化熱在鋰離子電池充放電的時候都為正值。

鋰離子電池的電極存在著自放電的現(xiàn)象從而會引起電極的分解,由于電極自放電而產(chǎn)生的熱量叫分解熱,這部分熱量在充放電的時候都很小,可以忽略不計。鋰離子電池內(nèi)部的電阻在充放電過程中因為發(fā)熱而產(chǎn)生的熱量稱為焦耳熱，這部分熱量都為正值。

通常情況下，鋰離子電池在放電的時候產(chǎn)生的熱量要大于鋰離子電池在充電的時候產(chǎn)生的熱量,根據(jù)情況，該文只探討電池在充放電過程中產(chǎn)生的熱量,并根據(jù)熱量產(chǎn)生的狀態(tài)采取一定的散熱措施, 從而對電池充放電起到保護的作用。

新能源汽車使用的動力鋰離子電池對快速充電和大電流放電有較高要求, 在汽車各種工況行駛中必須要考慮鋰離子電池在各種工況下所過放電是產(chǎn)生的巨大熱量,基于這種情況，有效降低鋰離子電池產(chǎn)生的熱量和及時將鋰離子電池產(chǎn)生的熱量散發(fā)出去是當(dāng)前新能源汽車使用鋰離子電池必須面對的一個難題。該文中通過對鋰電池加載一個有效的近似于真實充放電的變化，模擬電池在真實使用環(huán)境中的溫度變化情況，對比了在距離冷卻液較勁和較遠兩種狀態(tài)下電池板的溫度狀況，電池中冷卻液流速情況及冷卻液通過冷卻通道時的流速等情況，進一步分析了鋰電池在工作過程中產(chǎn)生的熱量情況，從而為研究解決電動汽車用鋰電池的熱效應(yīng)問題提供可靠地參考。