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自加热锂离子电池设计指南.docx

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文档介绍:自加热锂离子电池设计指南
众所周知温度对锂离子电池的性能有着十分重要的影响,温度过低时由于电解液粘度 的增加,SEI膜阻抗增大,石墨负极动力学性能变差,会导致电池的电化学极化增加,极 大的降低电池放电能力,例如一辆在23.9°C下能够行驶自加热锂离子电池设计指南
众所周知温度对锂离子电池的性能有着十分重要的影响,温度过低时由于电解液粘度 的增加,SEI膜阻抗增大,石墨负极动力学性能变差,会导致电池的电化学极化增加,极 大的降低电池放电能力,例如一辆在23.9°C下能够行驶105英里的电动汽车,在-6.7°C下 仅能行驶60英里左右。
同时低温充电是十分危险的,会导致锂枝晶的产生,引发严重的安全问题,因此电动 汽车电池组设计方面,电池的加热和散热装置一直是必备部分,加热装置一方面增加了车 用锂离子电池组的成本,增加了电池组重量,此外复杂的设计往往会导致电池的可靠性降 低,因此一种能够适应低温环境的高可靠锂离子电池就应运而生。
以往为了提高锂离子电池的低温性能,往往我们需要对电解液和电极等做出相应的调 整,以高成本和性能牺牲为代价,提升锂离子电池的低温性能。最近研究者们提出了一种 新的思路,不更换低温电解液以及电极配比,仅从电池结构入手,通过在电池内部极板之 间插入涂有聚合物绝缘层的Ni箔,实现了锂离子电池自加热功能,能30s内将锂离子电池 从-30C加热到0C,而这一过程仅仅消耗5.5%的电池能量。相比于外部加热带的锂离子电 池加热方式,内部加热方式热效率更高,能够有效的降低加热能耗。
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近日美国滨州州立大学的Xiao-Guang Yang等针对自加热电池进行了研究,并提出了 优化改进方案。一般来讲,自加热电池设计是将带有加热功能的Ni箔嵌入到软包方形锂离 子电池的中间位置,试验中Xiao-Guang Yang等在软包方形电池的中间嵌入了一片厚度为 50um的Ni箔,20C下的电阻为56.2mQ,两侧各包有28um的绝缘包覆层。控制设计原 理为,Ni箔的一端与负极相连,另外一段通过一个控制开关与负极相连,外电路与Ni箔 有开关的一端相连,在温度低于0C时,开关打开,强制电流流经Ni箔产生热量,当电池
温度达到0°C后,温控开关闭合,停止加热。由于Ni箔的电阻与温度呈线性关系,因此可 以通过测量Ni箔的电阻来确定电池内部的温度,电池外表的温度可以通过热电阻进行测 量。
实验中发现,由于锂离子电池结构的导热系数较低,当电池表面的温度从-20C升到 0C时,位于电池中间Ni箔的温度达到了 30C左右,在电池内部与表面之间形成了很大的 温度梯度,这一温度差异会导致不同电池极片放电倍率的差异,在试验中发现在开始加热 10s后,中心部位的极片由于温度较高,放电倍率达到了 9C,

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上传人:dajiede 8/8/2022 文件大小:96 KB

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