圆柱型锂离子电池单体在径向挤压载荷下的力学响应特性研究
发布时间：2021-07-01 13:42
锂离子电池凭借比能量和比功率大、工作电压高、循环寿命长和成本低的优势已经成为主流的车用动力电池。近年来,频繁发生的电动汽车起火事件使得锂离子电池的安全性成为人们关注的焦点。随着电动汽车对锂离子电池比能量和比功率的需求不断提升,锂离子电池在机械载荷下的安全性必须满足更高的要求。因此,深入研究锂离子电池在机械变形过程中的力学、电学和热学变化,明确电池内短路和热失控发生的临界条件和机理对于预防锂离子电池安全事故非常重要。锂离子电池在实际使用过程中工作参数不断发生变化,这必然会影响其在机械载荷下的力学响应。本文对圆柱型锂离子电池单体在机械载荷下的力学响应与荷电状态（SOC）、过充电压、低温充电、高温存储以及循环老化等工作参数的关系进行分析和规律总结,并深入探究不同工作状态下锂离子电池单体发生内短路甚至热失控的机理。本文将电池单体出现明显电压降的时刻作为电池单体内短路起始点,并以电池单体内短路起始点作为电池单体力学失效临界点,主要研究结果如下:（1）对不同SOC的电池单体进行径向挤压实验,分析了SOC对电池单体力学响应的影响规律,揭示了电池单体力学行为具有SOC依赖性的原因。SOC超过0.4的电...
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：133 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
电动汽车动力电池性能对比图
第 1 章 绪论推动电池内可燃气体和电解液溶剂的燃烧。这期间还伴随电解液的分解反应池负极和粘结剂的放热反应[17, 18]。以上锂离子电池内部发生的化学反应所产和压力将进一步促进这些反应的进行，电池最终发生热失控[19]。引起锂离子的诱因可以分为三大类：热触发、电触发和机械触发[20]。热触发电池温升就环境引起的电池温升，包括火灾、散热不充分或不均匀以及阳光直射等等。池温升就是由电路问题引起的电池温升，包括电池外部短路、过充过放、大电、低温充放电以及电极材料自身在脱锂和嵌锂过程中产生的收缩膨胀等。电池温升就是电池受外力作用引起的电池温升，包括碰撞、冲击、挤压、针等。还有一些可能引起电池温升的诱因包括电池制造工艺的缺陷和使用环境为保证电动汽车的安全性，深入研究这些诱因触发锂离子电池温升的机理对电池安全防护非常重要。
第 1 章 绪论5图1.3 锂离子电池的多层结构：(a) 电极横截面示意图和 (b) 电极横截面微观扫描电镜 (SEM) 图[32]子 Li+从正极 LiCoO2中脱出，经过隔膜嵌入负极 graphite 中，同时电子 e 经外电路由正极流向负极；放电时，锂离子 Li+从负极 graphite 中脱出，经过隔膜嵌入正极 LiCoO2中，同时电子 e 经外电路由负极流向正极。锂离子电池的充放电循环就是锂离子在电极间反复脱嵌的过程，具体反应如下所示[30, 31]：正极反应：2 1 x2LiCoO Li CoO xLi xe ······················(1.1)负极反应：66xC xLi x e Li C ···························(1.2)总反应式：2 1 2 66x xLiCoO C Li CoO Li C ····················(1.3)由锂离子电池工作原理可知，不同电量的锂离子电池正极和负极涂层的化学组成是不同的
【参考文献】：
期刊论文
[1]集流体塑性变形对锂离子电池双层电极中锂扩散和应力的影响[J]. 宋旭,陆勇俊,石明亮,赵翔,王峰会. 物理学报. 2018(14)
[2]锂离子电池加速老化温度应力的滥用边界[J]. 吴正国,张剑波,李哲,LIAW Bor Yann. 汽车安全与节能学报. 2018(01)
[3]某混动车型侧面柱撞结构优化[J]. 王月,肖海涛,王鹏翔,周大永. 电池工业. 2017(05)
[4]高性能18650型锂离子电池倍率和低温电化学性能的评估及研究[J]. 张润强,何双全,王洪湖. 电池工业. 2016(01)
[5]锂离子电池负极材料力学行为研究进展[J]. 杨辉,曲建民. 科技导报. 2016(23)
[6]功率型锂离子动力电池的高低温容量特性[J]. 王元奎,魏平芬. 电源技术. 2015(10)
[7]欧阳明高:电动汽车动力电池的发展趋势与安全管理[J]. 电气时代. 2015(10)
[8]锂离子电池集流体的研究进展[J]. 刘松,侯宏英,胡文,刘显茜,段继祥,孟瑞晋. 硅酸盐通报. 2015(09)
[9]电动汽车用动力电池发展综述[J]. 丁玲. 电源技术. 2015(07)
[10]国内外锂离子动力电池安全性技术标准对比分析[J]. 杨杰,张凯庆. 客车技术与研究. 2015(02)
博士论文
[1]储能型模块化多电平变换器控制方法研究[D]. 李楠.山东大学 2018
[2]纳米结构含锌复合金属氧化物的形貌尺寸调控及储锂性能研究[D]. 卢轮.吉林大学 2018
[3]典型锂离子电池和电解液燃烧特性及航空运输环境对其影响机制研究[D]. 付阳阳.中国科学技术大学 2017
[4]过渡金属氧化物锂离子电池负极材料的制备及其电化学性能研究[D]. 卢桂霞.山东大学 2015
硕士论文
[1]动力锂电池梯次利用的状态参数估计[D]. 甘霖.电子科技大学 2018
[2]车用锂离子电池热分析[D]. 史玉军.昆明理工大学 2017
[3]电动汽车锂离子动力电池压力稳定性研究[D]. 郭大磊.吉林大学 2016
[4]聚乙烯锂离子电池隔膜的研究[D]. 陈俊钊.华南理工大学 2014
[5]锂离子动力蓄电池安全性的研究与应用[D]. 崔灿.清华大学 2014
[6]锂离子电池高温存储性能的影响因素和机理研究[D]. 邢海霞.复旦大学 2014
本文编号：3259241
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：133 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
电动汽车动力电池性能对比图
第 1 章 绪论推动电池内可燃气体和电解液溶剂的燃烧。这期间还伴随电解液的分解反应池负极和粘结剂的放热反应[17, 18]。以上锂离子电池内部发生的化学反应所产和压力将进一步促进这些反应的进行，电池最终发生热失控[19]。引起锂离子的诱因可以分为三大类：热触发、电触发和机械触发[20]。热触发电池温升就环境引起的电池温升，包括火灾、散热不充分或不均匀以及阳光直射等等。池温升就是由电路问题引起的电池温升，包括电池外部短路、过充过放、大电、低温充放电以及电极材料自身在脱锂和嵌锂过程中产生的收缩膨胀等。电池温升就是电池受外力作用引起的电池温升，包括碰撞、冲击、挤压、针等。还有一些可能引起电池温升的诱因包括电池制造工艺的缺陷和使用环境为保证电动汽车的安全性，深入研究这些诱因触发锂离子电池温升的机理对电池安全防护非常重要。
第 1 章 绪论5图1.3 锂离子电池的多层结构：(a) 电极横截面示意图和 (b) 电极横截面微观扫描电镜 (SEM) 图[32]子 Li+从正极 LiCoO2中脱出，经过隔膜嵌入负极 graphite 中，同时电子 e 经外电路由正极流向负极；放电时，锂离子 Li+从负极 graphite 中脱出，经过隔膜嵌入正极 LiCoO2中，同时电子 e 经外电路由负极流向正极。锂离子电池的充放电循环就是锂离子在电极间反复脱嵌的过程，具体反应如下所示[30, 31]：正极反应：2 1 x2LiCoO Li CoO xLi xe ······················(1.1)负极反应：66xC xLi x e Li C ···························(1.2)总反应式：2 1 2 66x xLiCoO C Li CoO Li C ····················(1.3)由锂离子电池工作原理可知，不同电量的锂离子电池正极和负极涂层的化学组成是不同的
【参考文献】：
期刊论文
[1]集流体塑性变形对锂离子电池双层电极中锂扩散和应力的影响[J]. 宋旭,陆勇俊,石明亮,赵翔,王峰会. 物理学报. 2018(14)
[2]锂离子电池加速老化温度应力的滥用边界[J]. 吴正国,张剑波,李哲,LIAW Bor Yann. 汽车安全与节能学报. 2018(01)
[3]某混动车型侧面柱撞结构优化[J]. 王月,肖海涛,王鹏翔,周大永. 电池工业. 2017(05)
[4]高性能18650型锂离子电池倍率和低温电化学性能的评估及研究[J]. 张润强,何双全,王洪湖. 电池工业. 2016(01)
[5]锂离子电池负极材料力学行为研究进展[J]. 杨辉,曲建民. 科技导报. 2016(23)
[6]功率型锂离子动力电池的高低温容量特性[J]. 王元奎,魏平芬. 电源技术. 2015(10)
[7]欧阳明高:电动汽车动力电池的发展趋势与安全管理[J]. 电气时代. 2015(10)
[8]锂离子电池集流体的研究进展[J]. 刘松,侯宏英,胡文,刘显茜,段继祥,孟瑞晋. 硅酸盐通报. 2015(09)
[9]电动汽车用动力电池发展综述[J]. 丁玲. 电源技术. 2015(07)
[10]国内外锂离子动力电池安全性技术标准对比分析[J]. 杨杰,张凯庆. 客车技术与研究. 2015(02)
博士论文
[1]储能型模块化多电平变换器控制方法研究[D]. 李楠.山东大学 2018
[2]纳米结构含锌复合金属氧化物的形貌尺寸调控及储锂性能研究[D]. 卢轮.吉林大学 2018
[3]典型锂离子电池和电解液燃烧特性及航空运输环境对其影响机制研究[D]. 付阳阳.中国科学技术大学 2017
[4]过渡金属氧化物锂离子电池负极材料的制备及其电化学性能研究[D]. 卢桂霞.山东大学 2015
硕士论文
[1]动力锂电池梯次利用的状态参数估计[D]. 甘霖.电子科技大学 2018
[2]车用锂离子电池热分析[D]. 史玉军.昆明理工大学 2017
[3]电动汽车锂离子动力电池压力稳定性研究[D]. 郭大磊.吉林大学 2016
[4]聚乙烯锂离子电池隔膜的研究[D]. 陈俊钊.华南理工大学 2014
[5]锂离子动力蓄电池安全性的研究与应用[D]. 崔灿.清华大学 2014
[6]锂离子电池高温存储性能的影响因素和机理研究[D]. 邢海霞.复旦大学 2014
本文编号：3259241
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