鋰離子電池熱失控危險特性及其抑制技術

前言

第1章 緒論1
1.1鋰離子電池的發展歷程及應用1
1.2鋰離子電池的組成及工作原理3
1.3鋰離子電池熱失控原理4
1.4鋰離子電池相關安全標準4
1.5本章小結6
參考文獻6

第2章 電濫用誘發電池熱失控9
2.1實驗裝置與方法9
2.1.1實驗物件9
2.1.2實驗裝置11
2.1.3實驗方法17
2.2鋰離子電池迴圈過充熱行為特性27
2.2.1迴圈過充電池熱行為27
2.2.2迴圈過充電池結構變化特徵31
2.2.3迴圈過充電池庫侖效率變化特性33
2.3不同環境條件下鋰離子電池動態過充及熱失控36
2.3.1開放環境下電池的動態過充36
2.3.2絕熱環境下電池的動態過充38
2.3.3電池熱失控的臨界條件分析41
2.4高倍率充電條件下電池組熱失控的影響因素42
2.4.1電池數量對電池組熱失控的影響43
2.4.2連接方式對電池組熱失控的影響46
2.4.3接出點位置對電池組熱失控的影響49
2.4.4電池間距對電池組熱失控的影響52
2.5高倍率放電條件下電池組熱失控的影響因素56
2.5.1電池數量對電池組熱失控的影響56
2.5.2連接方式對電池組熱失控的影響58
2.5.3接出/接入點位置對電池組熱失控的影響60
2.5.4電池間距對電池組熱失控的影響62
2.6高倍率迴圈充放電差異性對電池組熱失控的影響64
2.6.1高倍率迴圈充放電電池組差異性分析64
2.6.2差異性對電池組熱失控的影響67
2.7本章小結67
參考文獻69

第3章 熱濫用誘發電池熱失控71
3.1實驗裝置及實驗方案71
3.1.1實驗裝置及實驗物件71
3.1.2實驗方法及方案76
3.2高溫環境下鋰離子電池熱失控特性83
3.2.1不同電量的鋰離子電池熱失控溫度變化特性83
3.2.2不同電量的鋰離子電池熱失控行為特性84
3.3不同熱環境下鋰離子電池充放電的危險特性90
3.3.1保溫環境下鋰離子電池充放電的溫度變化特性90
3.3.2高溫環境下鋰離子電池充放電的危險特性93
3.3.3高溫環境下鋰離子電池充放電的熱失控行為特性102
3.3.4高溫環境下鋰離子電池充放電的熱釋放105
3.4本章小結107
參考文獻108

第4章 機械濫用誘發電池熱失控111
4.1實驗裝置與方法111
4.1.1實驗物件111
4.1.2實驗裝置112
4.1.3實驗方案117
4.2均勻擠壓熱濫用聯合下鋰離子電池熱失控120
4.2.1平面擠壓熱濫用聯合下熱失控過程121
4.2.2均勻擠壓熱濫用聯合下熱失控特徵參數123
4.2.3均勻機械擠壓熱濫用聯合下電池熱失控火焰特徵126
4.2.4均勻機械擠壓熱濫用聯合下電池熱失控殘骸127
4.3橫向非均勻擠壓熱濫用聯合下鋰離子電池熱失控130
4.3.1橫向非均勻擠壓熱濫用聯合下鋰離子電池熱失控過程130
4.3.2橫向非均勻擠壓熱濫用聯合下熱失控特徵參數133
4.3.3橫向非均勻擠壓熱濫用聯合下電池熱失控火焰特徵136
4.3.4橫向非均勻擠壓熱濫用聯合下電池熱失控殘骸136
4.4圓柱非均勻擠壓熱濫用聯合下鋰離子電池熱失控139
4.4.1圓柱非均勻擠壓熱濫用聯合下鋰離子電池熱失控過程139
4.4.2圓柱非均勻擠壓熱濫用聯合下熱失控特徵參數142
4.4.3圓柱非均勻擠壓熱濫用聯合下電池熱失控火焰特徵144
4.4.4圓柱非均勻擠壓熱濫用聯合下電池熱失控殘骸146
4.5球頭非均勻擠壓熱濫用聯合下鋰離子電池熱失控148
4.5.1球頭非均勻擠壓熱濫用聯合下鋰離子電池熱失控過程148
4.5.2球頭非均勻擠壓熱濫用聯合下熱失控特徵參數150
4.5.3球頭非均勻擠壓熱濫用聯合下電池熱失控火焰特徵153
4.5.4球頭非均勻擠壓熱濫用聯合下電池熱失控殘骸155
4.6非均勻擠壓熱濫用聯合下熱失控殘骸特徵參數157
4.7本章小結157
參考文獻159

第5章 電池老化對其性能及熱失控的影響162
5.1實驗裝置與方法162
5.1.1實驗物件162
5.1.2實驗裝置163
5.1.3實驗方案167
5.1.4實驗方法171
5.2高低溫老化對鋰離子電池性能的影響172
5.2.1高低溫老化對電池容量的影響172
5.2.2高低溫老化後電池容量增量分析176
5.2.3高低溫老化對電池內阻的影響181
5.3高低溫老化對鋰離子電池熱失控的影響研究185
5.3.1熱失控特徵溫度185
5.3.2高低溫老化對熱失控特徵溫度的影響187
5.3.3高低溫老化後電池熱失控反應動力學分析192
5.4高低溫老化後鋰離子電池材料的變化研究195
5.4.1電池正極材料的變化195
5.4.2電池負極材料的變化201
5.4.3電池隔膜的變化208
5.5本章小結214
參考文獻215

第6章 電池熱失控傳播特性及影響因素217
6.1實驗裝置及材料217
6.1.1實驗裝置217
6.1.2實驗材料222
6.2電池組熱失控傳播過程特性223
6.2.1現象特徵223
6.2.2溫度變化特性225
6.2.3電壓變化特性227
6.2.4電阻變化特性230
6.3不同約束環境下鋰離子電池熱失控蔓延特性231
6.3.1不同約束部位條件下鋰離子電池熱失控蔓延過程231
6.3.2不同開口面積蓋板條件下鋰離子電池熱失控蔓延過程232
6.3.3約束環境對鋰離子電池熱失控蔓延過程的影響234
6.4不同環境條件下鋰離子電池熱失控蔓延特性237
6.4.1不同約束環境下鋰離子電池熱失控蔓延過程特性237
6.4.2不同氣體環境下鋰離子電池熱失控蔓延過程特性239
6.4.3不同大氣壓力下鋰離子電池熱失控蔓延過程特性245
6.5電池間距對熱失控傳播的影響248
6.5.1開敞空間下熱失控傳播間距248
6.5.2封閉空間下熱失控傳播間距255
6.5.3實驗結果及理論分析258
6.6連接方式對熱失控傳播的影響261
6.6.1串並聯單使用261
6.6.2串並聯組合使用261
6.7電池排列方式對熱失控傳播的影響263
6.7.1水準方向不同排列方式263
6.7.2垂直方向不同排列方式263
6.8荷電狀態對熱失控傳播的影響265
6.9本章小結274
參考文獻276

第7章 鋰離子電池熱管理、阻隔及滅火技術278
7.1相變材料熱管理278
7.1.1相變材料分級熱管理兩級危險溫度節點的判定方法278
7.1.2兩級相變材料製備工藝278
7.1.3相變材料的裝載方式及熱管理效果280
7.1.4相變材料的用量估算282
7.2熱失控阻隔技術283
7.2.1鋰離子電池組排布方式熱失控研究284
7.2.2多孔材料及細水霧抑制鋰離子電池熱失控傳播286
7.2.3多孔材料細水霧協同抑制鋰離子電池熱失控傳播290
7.2.4FMEA方法應用於鋰離子電池熱失控傳播抑制效果的分級292
7.3細水霧滅火技術294
7.3.1純水細水霧抑制鋰離子電池火294
7.3.2單一添加劑細水霧抑制鋰離子電池火298
7.3.3複合添加劑細水霧*佳濃度實驗及結果302
7.3.4低導電性添加劑細水霧抑制鋰離子電池火305
7.4液氮滅火技術314
7.4.1開敞及受限空間中液氮噴淋對鋰離子電池熱失控的研究314
7.4.2液氮抑制鋰離子電池熱失控傳播的研究317
7.5本章小結322