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想起锂离子电池大家都不陌生,我们完全每天的生活都必不可少锂离子电池的反对,在我们照亮手机屏幕的瞬间,正是来自锂离子电池的能量驱动液晶屏幕收到光子,表明图像。随着电子设备的较慢普及,我们周围更加多的电子设备开始用于锂离子电池获取能源,手机、笔记本、ipad都用于锂离子电池作为储能电源,比如说一下,如果我们周围环绕着各种类型的锂离子电池,我们最关心的是什么呢?当然是安全性,我们可想锂离子电池像一颗定时炸弹一样,随时威胁着我们的生命和财产安全性,尤其你还不会把这颗定时炸弹放到裤兜里。  国际上,以SAFT为代表的空间电源供应商,早已开始将锂离子电池在航天领域的大规模应用于,由于航天的特殊性,空间电源对锂离子电池的安全性和可靠性具有严苛的拒绝,尤其是载人航天领域,对电源系统可靠性和安全性的拒绝几近严苛。对于锂离子电池来说最相当严重的安全性问题就是热失控,何为热失控呢,非常简单的说道就是电池的产热速率远高于风扇速率,造成大量的热量在锂离子电池内部积存,引发SEI膜,负极材料的分解成,电解液水解造成锂离子电池发生爆炸和发生爆炸,引起相当严重的安全性问题。

因此对于锂离子电池来说,热失控的机理研究就尤为重要,尤其是对于载人航天领域。今天小编就带上大家看以下美国国家航空航天局(NASA)对于锂离子电池热失控的起因和机理的研究报告。

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  目前还包括国际空间站的储备能源系统和宇航员的舱外活动装置等都使用了锂离子电池作为储能电源,对于载人航天,NASA优先考虑到的就是安全性,如何防止锂离子电池热失控以及诱导热失控在电池之间的传播,确保宇航员的安全性是NASA必须优先考虑到的问题,因此NASA设计了一种标准加快量热法,借以研究锂离子电池的热失控反应,该方法可以精确的测量锂离子电池在热失控中所获释的热量,为锂离子电池的热管理系统设计获取了最重要的依据。  NASA挑选了三种电池展开了测量,分别是美国波士顿BostonPowerSwing5300电池,三星18650-26F电池和Molicel的18650-J电池。自由选择着三种电池主要基于三种有所不同的空间应用于必须:1)机器人助手R2的电源供应;2)EVA舱外活动消声器式可充电电池;3)EMU舱外活动装置长寿命电池。

  锂离子电池在热失控的过程中由于锂离子电池不会向系统获释高温涌出物和气体,造成锂离子电池的重量增大,因此传统的加快量热法收集电池本身温度的方法,并无法精确统计资料在热失控中锂离子电池的获释的热量,因此NASA的工程师在锂离子电池的外部减少了一个密封外壳,防止了高温气体的泄漏,并利用上述装置测量了具备50%和100%SOC状态的三种电池。  测试结果显示,电池的SOC状态与锂离子电池热失控具有紧密的关系,SOC状态越高,热失控的所致温度就越较低,例如在100%SOC下,三种电池的热失控所致温度都在100℃左右,而50%SOC状态下,电池的热失控所致温度则要140℃左右。在100%SOC状态下,BP的5300电池的热失控最低温度要显著高于18650电池,这主要归功于5300电池使用了铝壳,能在较低的压力下就获释压力,切断温度的更进一步累积。

对比三种电池在热失控过程中所获释的能量可以找到,由于BP5300电池的质量较小,100%SOC状态时所获释的能量超过98.6kJ,是其他两种18650电池的两倍。研究还找到锂离子电池在热失控中获释的能量要低于电池满电状态下电池所储存的电化学能量,例如BP5300电池100%SOC时储存的能量为69.7kJ,但在热失控中却释放出来了98.6kJ的能量,这主要是在热失控状态下锂离子电池负极、负极,以及溶质盐和电解液之间再次发生的反应获释了大量的化学能,例如在18650电池中,不计算出来电解液自燃的获释的能量,仅有分解成反应所获释的能量可以超过29-49kJ,而计算出来电解液自燃所获释的能量,一只18650电池就可以获释119-175kJ的能量。为了分析这一数据,NASA的工程师设计了一个新的参数,?E=Eexperiment/Estore,既实验获释的能量与电池中所存储的电化学能之间的比值,对于100%SOC的电池,这一值一半为1.0-1.6之间,50%SOC的电池,这一值一半在1.3-1.9之间,一种电池的?E值对于电池系统的热管理具备最重要的意义。

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  NASA工程师所设计的标准量热法需要更为精确的测量锂离子电池在热失控过程中所获释的能量,研究结果显示锂离子电池的SOC状态与热失控的所致温度和获释的能量具备密切关系,SOC状态越高,热失控的所致温度就越较低,获释的能量就越多。热失控参数?E密切相关了锂离子电池热失控获释的能量与其所储存能量的比值,对锂离子电池的热管理系统设计具备最重要的意义。

  本文主要参照以下文献,文章仅有用作对涉及科学作品的讲解和评论,以及课堂教学和科学研究,不得作为商业用途。如有任何版权问题,请求随时与我们联系。  Energydistributionsexhibitedduringthermalrunawayofcommerciallithiumionbatteriesusedforhumanspaceflightapplications,JournalofPowerSource,329(2016),SandeepYayathi,et.【A8体育】。

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