一种基于多参数的锂离子电池热失控过程分析方法技术

本发明专利技术公开了一种基于多参数的锂离子电池热失控过程分析方法，涉及锂离子电池技术领域，该方法包括以下步骤：将50Ah商用棱柱形电池在50％的充电状态下使用Li(Ni

【技术实现步骤摘要】
一种基于多参数的锂离子电池热失控过程分析方法


[0001]本专利技术涉及锂离子电池
，具体是一种基于多参数的锂离子电池热失控过程分析方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着国家出台的各种限制有害气体排放的法规，以及人们对环保意识的提高，这些都促进了电动汽车和插电式混合动力汽车的推广，导致传统内燃机汽车的使用量减少。经过近十年的快速增长，到2020年底，全球道路上共有1000万辆电动汽车。尽管与疫情相关的全球汽车销量下滑导致全球汽车销量下降16％，但2020年电动汽车注册量增加了41％。
[0003]另外，锂离子电池(LIB)因其更高的能量密度和更长的生命周期而越来越成为电动汽车的主要电源。然而，电动汽车的安全方面受到越来越多的关注，因为可能发生火灾的危险主要是由车载大容量动力电池的故障引起的。通常，在锂离子电池使用过程中，经常会发生各种力滥用、电滥用和热滥用。而当锂离子电池被滥用时，其内部会产生越来越多的气体。随后，当内部压力达到一定值时，电池的安全阀打开或铝塑膜中软包电池允许压力较低的区域出现裂缝。然后，电池会剧烈喷发出大量可燃气体和液体，最后，导致火灾或者爆炸等危险事故的发生。
[0004]锂离子喷发意味着其产品在滥用后的释放，除了气体排放的喷射流，液体和固体也被排出，形成液体和固体排放。这些喷发的成分是导致火灾的主要燃烧物质之一。特别是，高温颗粒物的喷发作为点火源发挥了重要作用。另外，研究锂离子电池的喷发过程可以为热失控预警系统和灭火策略提供重要发现，例如启动时间和释放持续时间。因此，一些专家学者对锂离子电池喷发过程的划分进行了研究。
[0005]目前，采用摄影是划分喷发过程常用的方法之一。然而，该方法较为复杂，且很难定量判断微弱的喷发过程。另外，采用喷射流温度是划分喷发过程的另外一种常用的方法。然而，由于气流流动、电池产热等因素导致复杂的传热过程，导致温度在喷发结束后依然波动很大，故很难通过电池温度准确判断喷发过程是否结束。电池包内压力在敞口环境下虽然敏感性降低，但依然是有可能在未来作为判断电池是否喷发的主要依据之一。然而，却少有研究通过电池周围的压力判断喷发过程。这是由于喷发过程会产生压力升高，进而对电池箱体造成危害，导致大部分研究人员主要关注是锂离子电池的热危害，少有人从压力的角度去评估锂离子电池喷射流对箱体的危害。因此，有必要专利技术一种新型的电池喷发过程定量分析方法。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种基于多参数的锂离子电池热失控过程分析方法，以解决
技术介绍
中的问题。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0008]一种基于多参数的锂离子电池热失控过程分析方法，包括以下步骤：步骤一：将50Ah商用棱柱形电池在50％的充电状态下使用Li(Ni
0.6
Mn
0.2
Co
0.2
)O2作为阴极置于在一个高压密封室内；步骤二：在氮气氛的密封室中使用外部加热触发锂离子电池的热失控喷发，对大容量高镍锂离子电池喷发过程的观察，并对释放的气体和颗粒进行识别；步骤三：将加热到锂离子电池的热失控喷发过程以时间间隔为特征划分为四个阶段，并在其中的四个阶段下分别测试电池内部压力、电池表面温度、电池喷射流温度和电池释放气体量；步骤四：根据测试的结果，根据测试数据在不同阶段的变化情况定量分析，并作出曲线图。
[0009]在上述技术方案的基础上，本专利技术还提供以下可选技术方案：
[0010]在一种可选方案中：四个阶段分别为电池内压力建立阶段、喷发阶段、压力升高阶段和压力下降阶段。
[0011]在一种可选方案中：所述电池内压力建立阶段为以滥用开始到电池安全阀打开的时间间隔，喷发阶段为从电池安全阀打开到温度增加速率由正变为负的时间间隔，压力升高阶段为从温度增加速率由正变负到停止电池滥用的时间间隔，所述压力下降阶段从停止滥用到测试结束的时间间隔。
[0012]在一种可选方案中：电池内压力建立阶段分为慢速阶段、快速阶段和超快阶段。
[0013]在一种可选方案中：根据物质量的变化，喷发阶段分为第一次喷发阶段和第二次喷发阶段。
[0014]在一种可选方案中：所述压力下降阶段分为气体量减少子阶段和气体量维持子阶段。
[0015]在一种可选方案中：所述高压密封室包括内室、隔热层和安全阀，所述隔热层包裹在内室的外侧；内室上具有两个分别用于通入氮气及采集气体的管体；所述内室内部具有隔热板且隔热板上具有棱柱形电池和热电偶；安全阀设在内室外侧。
[0016]相较于现有技术，本专利技术的有益效果如下：
[0017]本专利技术针对锂离子电池喷发过程电池内部压力的建立过程，对锂离子电池喷发过程的各个不同阶段进行了划分，分析了锂离子电池喷发过程中的多个特征时刻及多个参数在这些特征时刻的显著特点，给出了多个参数在不同阶段的变化情况，进一步厘清这些参数内在的关系，全面涵盖了电池喷发前、中及后的各个阶段，补充和完善了对锂离子电池喷发过程的全面认识。可以为研究锂离子电池安全性能评价和释放气体的机理奠定基础，也为寻找更科学的热失控预警方案和灭火策略提供参考。
附图说明
[0018]图1为本专利技术的一个实施例中的密封室结构示意图。
[0019]图2为单元内压力及其增加率、气体量和单元表面温度增加率的变化。
[0020]图3为锂离子电池热失控过程的不同阶段。
具体实施方式
[0021]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。本专利技术所列举的各实施例仅用以说明本专利技术，并非用以限制本专利技术的范围。对本专利技术所作的任何显而易知的修饰或变更都不脱离本专利技术的精神与范
围。
[0022]实施例
[0023]一种基于多参数的锂离子电池热失控过程分析方法，包括：
[0024]如图1所示，设计了一个高压密封室来研究锂离子电池的热失控喷发。使用该装置，记录了一个50Ah商用棱柱形电池在50％的充电状态下使用 Li(Ni0.6Mn0.2Co0.2)O2作为阴极，在氮气氛的密封室中使用外部加热触发热失控。实现对大容量高镍锂离子电池喷发过程的观察，并对释放的气体和颗粒进行了识别。
[0025]请参阅图1，其中，所述高压密封室包括内室、隔热层和安全阀，所述隔热层包裹在内室的外侧；内室上具有两个分别用于通入氮气及采集气体的管体；所述内室内部具有隔热板且隔热板上具有棱柱形电池和热电偶；安全阀设在内室外侧；
[0026]检测安全阀附近的电池内压力(P)、电池侧面中心温度(T1)以及安全阀附近(T2)和远离电池的喷射区温度(T3)。结果表明，电池喷发过程可分为内压建立阶段，包括慢、快、超快子阶段；喷发阶段，包括第一和第二子阶段；增压阶段和减压阶段。在从快到超快亚阶段的过渡过程中，P和T1有明显的变化。所有检测到的参数在第一次喷发开始时几乎呈线性下降，但在第二次喷发开始时呈线性增加。因此，该装置可为电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于多参数的锂离子电池热失控过程分析方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：将50Ah商用棱柱形电池在50％的充电状态下使用Li(Ni
0.6
Mn
0.2
Co
0.2
)O2作为阴极置于在一个高压密封室内；步骤二：在氮气氛的密封室中使用外部加热触发锂离子电池的热失控喷发，对大容量高镍锂离子电池喷发过程的观察，并对释放的气体和颗粒进行识别；步骤三：将加热到锂离子电池的热失控喷发过程以时间间隔为特征划分为四个阶段，并在其中的四个阶段下分别测试电池内部压力、电池表面温度、电池喷射流温度和电池释放气体量；步骤四：根据测试的结果，根据测试数据在不同阶段的变化情况定量分析，并作出曲线图。2.根据权利要求1所述的基于多参数的锂离子电池热失控过程分析方法，其特征在于，四个阶段分别为电池内压力建立阶段、喷发阶段、压力升高阶段和压力下降阶段。3.根据权利要求2所述的基于多参数的锂离子电池热失控过程分析方法，其特征在于，所述电池内压力...

【专利技术属性】
技术研发人员：高振海，饶顺，李伟峰，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：