鋰離子電池散熱問(wèn)題解析

鋰離子電池是通過(guò)化學(xué)反應(yīng)的方式提供能量的，所以這個(gè)過(guò)程會(huì)發(fā)生一定的熱量，而熱量如果持續(xù)增加而得不到有效的散熱，就會(huì)積累，反過(guò)來(lái)電化學(xué)物質(zhì)在高溫下活性更強(qiáng)，這樣不斷疊加之下，鋰離子電池發(fā)生自燃或爆炸事故也就不遠(yuǎn)了。鋰離子電池結(jié)構(gòu)特點(diǎn)在不同的方向上熱導(dǎo)率存在顯著的差異，在平行于極片的方向上的熱導(dǎo)率要顯著高于垂直于極片方向的熱導(dǎo)率，因此不同的散熱方式不僅在效率上存在顯著的區(qū)別，而且不適當(dāng)?shù)纳岱绞竭€會(huì)在鋰離子電池內(nèi)部產(chǎn)生嚴(yán)重的溫度梯度，影響電池內(nèi)部電流的分布，進(jìn)而導(dǎo)致電池內(nèi)部衰降的不一致，嚴(yán)重影響鋰離子電池的使用壽命。

對(duì)于鋰離子電池組的散熱控制方面主要有以下幾種方法：

(1)利用耐高低溫的電池材料，包括電極、電解質(zhì)材料等，這是基于電池內(nèi)部材料的一種方法。

電池發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)熱的部件主要是正負(fù)極、電解質(zhì)等，因此研究這些材料的性能并加以改進(jìn)來(lái)提高其溫度活性區(qū)間。對(duì)于電極材料，關(guān)鍵是要提高其導(dǎo)熱系數(shù)，使電池內(nèi)部產(chǎn)生的熱量能及時(shí)散發(fā)出來(lái)，以免堆積在電池內(nèi)部而損壞電池。為了提高電極的導(dǎo)熱性能，在電極碳材料中添加了銅和鋁。通過(guò)提升電池材料的熱穩(wěn)定性，一般都會(huì)降低電池的容量，但電池的容量是電池的重要指標(biāo)，因此，通過(guò)改善電池材料的熱性能來(lái)提升電池整體的熱性能有一定的局限性。

(2)利用空氣為介質(zhì)

空氣散熱就是空氣掃過(guò)電池表面，將電池表面的熱量帶走。根據(jù)風(fēng)的成因，分為自然對(duì)流和強(qiáng)制對(duì)流，依靠車(chē)速自然而形成的風(fēng)為自然對(duì)流，利用風(fēng)扇風(fēng)機(jī)等強(qiáng)制產(chǎn)生的風(fēng)為強(qiáng)制對(duì)流，而通風(fēng)的方式又分為并行和串行。很多研究人員發(fā)現(xiàn)，并行散熱通風(fēng)方式更好，但散熱效果還受流道寬度的影響，由于汽車(chē)空間有限，又考慮到成本的原因，空氣散熱應(yīng)用最廣。人們基于空氣散熱，研究了并行散熱的效果，設(shè)計(jì)了電池組各種排列結(jié)構(gòu)，為了改善風(fēng)的散熱性能，設(shè)計(jì)改進(jìn)風(fēng)擋板，拓寬風(fēng)道，改善散熱效果。空氣散熱成本低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是卻不是那么有效，當(dāng)電池放電達(dá)到一定程度，外界環(huán)境又偏高的時(shí)候，即使增加風(fēng)速，也不能使電池溫度繼續(xù)下降。

(3)利用液體為介質(zhì)

液體冷卻效果強(qiáng)于空氣冷卻，但結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，因?yàn)楹芏嘁后w不能與電池直接接觸，需要將液體包裹起來(lái)，在電池間布置管道，設(shè)置夾套等;而能與電池直接接觸的液體，一般其流動(dòng)性能差，傳熱效果不太理想。熱管技術(shù)也可稱(chēng)為液體散熱的一種，它是依靠管內(nèi)的介質(zhì)發(fā)生相變時(shí)會(huì)伴隨著吸熱與放熱現(xiàn)象，該相變主要是液體與氣體之間的變化，是一種高效換熱元件，在電池?zé)峁芾砩系膽?yīng)用也越來(lái)越得到關(guān)注。

(4)利用相變材料為介質(zhì)

相變材料在發(fā)生相變時(shí)，能吸收和釋放大量的熱量，而其本身的溫度變化卻不大，相變材料可直接與電池接觸，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，這更加突出了其優(yōu)點(diǎn)。相變材料高效可行，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，也不需要消耗額外能量，但其導(dǎo)熱系數(shù)低，會(huì)使得與高低溫電池接觸的地方，相變材料的溶解狀態(tài)差別很大，從而降低散熱性能。應(yīng)用相變材料進(jìn)行電池?zé)峁芾硎俏磥?lái)的主要發(fā)展方向。