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原文传递基于隔热层的锂离子动力电池热失控蔓延抑制研究

论文题名：	基于隔热层的锂离子动力电池热失控蔓延抑制研究
关键词：	电动汽车;锂离子电池;热失控蔓延;隔热层
摘要：	随着电动汽车的普及，动力电池的热安全问题越来越受到人们的关注。不同触发方式下动力电池热失控特征的研究以及热失控发生后电池模组、电池PACK的被动安全防护问题成为动力电池热安全研究的重点。　　基于当前动力电池热失控安全问题的研究热点，以锂离子电池热失控蔓延抑制为目标，实验研究了针刺、侧向加热、过充等热失控引发条件对单体电池热失控的影响，实验研究了电池模组中单体电池间隔热层的材质对电池模组的热蔓延抑制影响，同时构建了基于复合相变隔热层的热失控蔓延抑制模型，研究了复合相变隔热层的相变材料添加量和基底材料导热系数对电池模组热失控蔓延的影响，主要结论如下：　　（1）各种不同触发方式中，针刺触发没有多余能量输入，侧向加热和过充触发均有额外能量输入，并且过充能量输入约为侧向加热输入能量的390.2%。电池针刺触发热失控实验中电池表面最高温度仅达到774℃，且热失控时喷发时间较短仅22s。而侧向加热的电池触发方式会在电池发生热失控前向电池内输入一定的能量，输入能量与加热时间及加热片功率有关。侧向加热触发的电池热失控喷发时间有限，达到24s，且电池表面最高温度达到835℃。过度充电的电池热失控触发方式，会在电池热失控之前，以电能的形式向电池内输入能量，输入能量最多，因此电池触发热失控后其喷发时间也最长达到29s，其电池表面最高温度达到935℃。电池触发热失控之前，其内部储存的总能量越多，热失控越剧烈，热失控对周围电池系统的危害程度也就越高。　　（2）不同材质隔热层对模组热蔓延时间特征有不同的影响。使用纳米玻璃纤维隔热层时，模组内电池平均热蔓延时长为373s，其热蔓延时长较无隔热层的模组延长了836%；当使用陶瓷气凝胶隔热层时模组热蔓延抑制效果增强，其平均热蔓延用时是使用玻璃纤维模组的202%，达到756s；当使用预氧化丝强化气凝胶隔热层时，模组的热蔓延抑制效果进一步增强，热蔓延用时是使用纳米玻璃纤维模组的279%，达到1045s。使用不同材质隔热材料对模组热蔓延过程的喷阀现象、热蔓延过程电池的最高温度以及电池电压下降趋势没有明显影响。　　（3）兼具吸热和隔热能力的复合相变隔热层能够阻断热失控在电池模组内的蔓延。由模型仿真研究得出：复合相变隔热层中的相变材料能够大幅减少热失控触发时失控电池向未失控电池的热量传递。复合相变隔热层中其他条件不变且相变材料添加量减少时，复合相变隔热层电池热失控蔓延抑制效果减弱，当相变材料添加量少于44%以下时，2mm厚的复合相变隔热层将不能阻隔热失控蔓延。复合相变隔热层基底材料导热系数越大，复合相变隔热层热失控蔓延抑制效果越小，电池热失控蔓延间隔时间越短，当导热系数增大到0.07W/(m·K)以上时，2mm复合相变隔热层将不能阻隔热失控蔓延。
作者：	常润泽
专业：	动力工程及工程热物理
导师：	郑斌
授予学位：	硕士
授予学位单位：	山东理工大学
学位年度：	2022