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锂离子动力电池动态失效行为浅析

锂离子动力电池动态失效行为浅析

本文摘要:在与传统燃油汽车的竞争中,电动汽车虽然享有节能环保的优势,却也长年面对着“腿短”的失望。为了提高行经里程,绝大多数电动汽车厂商在动力电池组中都使用了具备低能量密度的锂离子电池。 而高能量不致带给撞击事故中的高风险,国内外数起电动汽车撞击事故都展出了动力电池组短路发生爆炸后带给的灾难性后果。现有的锂离子动力电池中,作为离子运动介质的电解质是一种低可燃性物质,电池内短路导致的热效应很更容易引起电池的起火燃烧。

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在与传统燃油汽车的竞争中,电动汽车虽然享有节能环保的优势,却也长年面对着“腿短”的失望。为了提高行经里程,绝大多数电动汽车厂商在动力电池组中都使用了具备低能量密度的锂离子电池。

而高能量不致带给撞击事故中的高风险,国内外数起电动汽车撞击事故都展出了动力电池组短路发生爆炸后带给的灾难性后果。现有的锂离子动力电池中,作为离子运动介质的电解质是一种低可燃性物质,电池内短路导致的热效应很更容易引起电池的起火燃烧。在撞击事故中,必须对动力电池在经历断裂变形时有可能再次发生的过热短路展开重点防水。

失望的是,目前学界和工业界对锂离子动力电池在机械载荷下,尤其是冲击载荷下的变形过热不道德还缺少了解的研究。基于我们现有的实验结果,可以可行性说明了有所不同条件下锂离子动力电池力学不道德的差异。我们挑选了一款容量为20Ah的锂离子软包电池,利用直径为13mm的冲头对电池展开放血实验。实验中,冲头几乎放血电池后展开反向运动直到冲头几乎瓦解电池,整个过程中实时记录了电池电压以及载荷的变化。

实验1中,使用金属冲头展开读取,读取速度5mm/min,软包电池在放血过程中未再次发生显著的短路现象,直到冲头开始反向运动时才再次发生了电压的陡降。而在冲头从电池中几乎解散之后,电池电压有一定程度的完全恢复。

实验2中,某种程度的速度使用塑料冲头展开读取,整个实验过程中电池都并未经常出现短路现象。由实验结可以可知,在放血工况下,电池内短路的再次发生主要是金属入侵物和电极间的认识造成。实验3中,仍然使用金属冲头,读取速度提升到4.5m/s。

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在冲头击穿电池的瞬间,电池即经常出现了显著的短路(电压和载荷在同一时刻经常出现陡降)。实验结果表明,在高速载荷下,软包电池再次发生短路过热的风险大大增加。实验1金属冲头静态放血实验(绿色虚线处为冲头反向运动时刻)实验2塑料冲头静态放血实验(绿色虚线处为冲头反向运动时刻)实验3金属冲头动态放血实验(绿色虚线处为冲头反向运动时刻)是什么造成了电池短路不道德的差异?我们可以根据电池隔膜的力学性能作出可行性的说明。锂电池的基本结构是交错布置的于是以负电极与隔膜,其中隔膜起着了阻隔于是以负电极认识的起到。

隔膜的力学性能必要要求了电池的安全性。我们对电池内部的隔膜展开了有所不同速度下的单向剪切实验。实验结果显示,相对于脆性的电极材料,隔膜材料具备相当大的延伸率。在放血过程中,断口处被充份延伸的隔膜材料可以之后隔绝于是以负电极、电极与冲头之间的认识,避免短路的再次发生。

而在动态载荷下,隔膜展现出了显著的突发事件亲率效应,即随着读取速率的提升,隔膜的韧性渐渐减少。在高速放血工况下,隔膜无法充份延伸来切断短路的再次发生,软包电池更加不易再次发生短路现象。上述实验凸显了隔膜力学性能对动力电池安全性的影响。

而要提升锂离子动力电池的撞击安全性,还必须对电池内部各组分材料的力学性能以及电池的整体号召等展开全面了解的研究。


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