[發(fā)明專利]一種正向鋰離子電池內(nèi)短路熱失控建模方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011311126.2
• 申請(qǐng)日: 2020-11-20
• 公開（公告）號(hào): CN112485674B
• 公開（公告）日: 2021-12-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉力碩;馮旭寧;韓雪冰;盧蘭光;歐陽明高
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號(hào): G01R31/367
• 分類號(hào): G01R31/367;G01R31/385;G01R31/389;G01R31/52;G01K13/00;G06F30/30
• 代理公司: 北京清亦華知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11201
• 代理人: 廖元秋

本發(fā)明提出一種正向鋰離子電池內(nèi)短路熱失控建模方法，屬于電池技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)領(lǐng)域。該方法首先獲取鋰離子電池的質(zhì)量和關(guān)鍵幾何參數(shù)，建立該電池的幾何模型；然后再利用四個(gè)相同的鋰離子電池制造四種內(nèi)短路損傷，進(jìn)而得到每種內(nèi)短路損傷的內(nèi)阻；在幾何模型的基礎(chǔ)上建立鋰離子電池的三維熱模型，并在電模型基礎(chǔ)上考慮內(nèi)短路過程建立內(nèi)短路電模型；三維熱模型和內(nèi)短路電模型組成該電池的內(nèi)短路熱失控模型。本發(fā)明具有可以高效、準(zhǔn)確、安全建立鋰離子電池內(nèi)短路模型的優(yōu)點(diǎn)，用于探究?jī)?nèi)短路導(dǎo)致熱失控的邊界條件，指導(dǎo)電池與電池包設(shè)計(jì)，有效縮短開發(fā)時(shí)長(zhǎng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電池技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)領(lǐng)域，特別提出一種正向鋰離子電池內(nèi)短路熱失控建模方法。

背景技術(shù)

鋰離子電池內(nèi)短路是重要的安全問題。內(nèi)短路是電池內(nèi)部正極和負(fù)極直接或間接接觸后，發(fā)生的放電并伴隨放熱的現(xiàn)象，是鋰離子電池?zé)崾Э氐墓残原h(huán)節(jié)，因此建立鋰離子電池內(nèi)短路導(dǎo)致熱失控的模型十分關(guān)鍵。該模型可以用于研究?jī)?nèi)短路導(dǎo)致熱失控的邊界條件，進(jìn)而指導(dǎo)電池的設(shè)計(jì)和電池包的設(shè)計(jì)。

目前，常用的鋰離子電池內(nèi)短路建模方法，主要基于等效電阻內(nèi)短路實(shí)驗(yàn)，獲取電池內(nèi)短路的熱特征與電特征，該方法由于外電路產(chǎn)熱、短路面積過大等原因，偏離真實(shí)內(nèi)短路程度較高，很難在內(nèi)短路后觸發(fā)電池的熱失控事故。同時(shí)，該方法沒有觸發(fā)真實(shí)的內(nèi)短路，缺少對(duì)于電池真實(shí)內(nèi)短路損傷程度的測(cè)量。因此，所以建立的鋰離子電池內(nèi)短路模型，無法真實(shí)預(yù)測(cè)電池內(nèi)短路后造成電池?zé)崾Э氐男袨椤?/p>

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為克服已有技術(shù)的不足之處，提出一種正向鋰離子電池內(nèi)短路熱失控建模方法。本發(fā)明具有可以高效、準(zhǔn)確、安全建立鋰離子電池內(nèi)短路模型的優(yōu)點(diǎn)，用于探究?jī)?nèi)短路導(dǎo)致熱失控的邊界條件，指導(dǎo)電池與電池包設(shè)計(jì)，有效縮短開發(fā)時(shí)長(zhǎng)。

本發(fā)明提出一種正向鋰離子電池內(nèi)短路熱失控建模方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

1)任意選定一款待建模的鋰離子電池，測(cè)量該電池的質(zhì)量m和關(guān)鍵幾何參數(shù)；

基于關(guān)鍵幾何參數(shù)建立該電池的三維幾何模型，計(jì)算該電池電芯的體積V，計(jì)算該電池的密度ρ＝m/V；

2)獲取四個(gè)與步驟1)選定的電池型號(hào)相同且全新的鋰離子電池，將該四個(gè)鋰離子電池均放電至0V并拆解，然后將得到的四個(gè)鋰離子電池卷芯靜置、風(fēng)干，至電解液完全揮發(fā)后，分別在每個(gè)卷芯內(nèi)部制造一種內(nèi)短路損傷，得到分別對(duì)應(yīng)四種內(nèi)短路損傷的四個(gè)卷芯；其中，所述四種內(nèi)短路損傷分別為：正極-負(fù)極內(nèi)短路損傷、正極-銅內(nèi)短路損傷、鋁-負(fù)極內(nèi)短路損傷和鋁-銅內(nèi)短路損傷；

3)將步驟2)得到的每個(gè)卷芯夾緊，并使用直流內(nèi)阻儀器連接該卷芯正負(fù)極并測(cè)量電阻，得到每個(gè)卷芯的內(nèi)短路內(nèi)阻，分別記為R_ISC1、R_ISC2、R_ISC3、R_ISC4，分別代表四種內(nèi)短路損傷的內(nèi)阻；

4)獲取一個(gè)與步驟1)選定的電池型號(hào)相同且全新的鋰離子電池，對(duì)該鋰離子電池進(jìn)行絕熱熱失控測(cè)試，記錄測(cè)試過程中的該電池不同時(shí)刻的溫度T(t)構(gòu)成的溫度時(shí)間曲線和不同時(shí)刻的電壓V(t)構(gòu)成的電壓時(shí)間曲線；

對(duì)溫度時(shí)間曲線進(jìn)行分析，計(jì)算溫度時(shí)間曲線的微分，獲得dT/dt(t)構(gòu)成的溫升速率曲線，根據(jù)溫升速率曲線，獲得該電池?zé)崾Э仄鹗紲囟萒₁；根據(jù)溫度時(shí)間曲線獲得熱失控最高溫度T₂；根據(jù)電壓時(shí)間曲線獲得電池隔膜失效溫度T_s；

進(jìn)一步，計(jì)算該電池所包含的熱失控化學(xué)能：

H_TR＝C_P×m×(T₂-T₁)

其中，C_P是電池的比熱容；