车用锂离子电池热安全问题研究综述

锂离子电池(lithium-ion battery,LIB)由于其高能量密度、易维护、循环寿命长和环境污染小等优点得到了快速发展,逐渐成为了电动汽车动力系统的首选.然而,锂离子电池的热稳定性较差,在某些滥用条件下可能会引发火灾、爆炸,从而造成人身伤害和财产损失.锂离子电池的安全问题严重阻碍了电动汽车等相关领域的发展,因此电池安全性的深入研究势在必行.分析了近期由锂离子电池着火引发的电动汽车安全事故,基于国内外学者关于锂离子电池热安全的研究,详细讨论了锂离子电池的热失控化学反应机理,并对目前动力锂离子电池的热安全研究进展进行了概述.研究结果发现,锂离子电池的自燃问题是造成电动汽车火灾事故频发的主要原因之一.虽然目前关于锂离子电池热失控的反应机理及影响因素等方面的研究已经取得了较大进展,但有关详细的电池火焰机理及火焰传播过程等方面的研究仍然较少,并且还未发现能够有效解决电池自燃问题的方法.故如何提升电池安全性能仍是亟待解决的问题.

动力锂离子电池老化速率影响因素的实验研究

针对动力锂离子电池的老化现象,以高比能量锂离子电池LG-21700为研究对象,以放电容量、欧姆内阻以及极化内阻作为表征参数,基于电池测试系统分别探究了充电倍率、放电倍率、充电截止电压、放电截止电压以及环境温度5种老化应力对电池老化速率的影响.研究结果表明:充放电倍率越大时,容量衰减速率越快,欧姆内阻和极化内阻的增长速率越快;充电倍率是影响老化速率的决定性因素,当充电倍率达到1.00 C时,电池的循环性能极差;充放电的截止电压区间越大,电池容量衰减速率以及欧姆内阻、极化内阻的增长速率越大;恒流恒压的充电方式有助于延缓老化;动力电池在低温环境中进行老化时,由于锂沉积的作用,其容量衰减速率以及内阻增长速率剧烈升高.综合考虑电池的容量特性、循环特性以及工作温度,在30~35℃进行充放电不仅可以延缓电池老化,还可以提高电池的工作性能,保证电池安全.综上,减小充放电倍率、充放电深度以及在合适的环境温度使用电池可以有效延长电池的使用寿命.

纳米颗粒物在空气中的阻力特性研究

对于空气中的纳米颗粒，其动力学行为属于自由分子区，并且在阻力计算中需要考虑气体分子与颗粒之间的范德瓦尔斯力。基于气体动力学理论推导得到了纳米颗粒在二元混合气体中所受阻力的计算式。在此基础上，分析了纳米颗粒在空气中所受阻力与空气温度、颗粒粒径、颗粒物质种类等因素的依赖关系。研究发现：纳米颗粒所受空气阻力随温度升高而减小；在颗粒粒径小于30 nm 时，范德瓦尔斯力的作用不能忽略，经典的刚体碰撞模型不再成立；由于势参数的不同，对于不同物质种类的颗粒，其阻力差异比较明显。分析结果表明，提出的计算公式与实验结果吻合较好，而采用经典的 Stokes-Cunningham 公式的计算结果比实验结果偏低了20％～40％。

废旧三元动力电池电热特性的实验研究

动力电池老化容易引发荷电状态不准、退役电池筛选困难以及热安全性等问题,限制了电动汽车及废旧电池梯次利用的发展。而研究高比能量电池的老化特性,对比分析多种环境、多种条件下废旧电池的电热性能变化有助于为解决上述问题提供理论依据,因此基于动力电池测试系统对其进行了实验研究与讨论。研究表明:电池随着循环次数增加,有效容量和能量逐渐衰减,能量效率逐渐降低,底部截面发生膨胀;随着电池老化程度的增加,其倍率性能、环境温度适应性均会变差,内阻、内阻温度敏感度明显增大;电池电性能的变化直接影响其热性能,电池的工作温度以及温升速率与新电池相比明显增加,新旧电池工作温度的差异在低温环境或高倍率放电的条件下更为严重。