[發明專利]基于差式掃描量熱儀實驗的不同荷電狀態條件下鋰離子電池熱失控三維建模方法

有效

• 申請號: 202210648270.8
• 申請日: 2022-06-08
• 公開（公告）號: CN114864011B
• 公開（公告）日: 2023-05-12
• 發明（設計）人: 王志榮;何騰飛;鄭楊艷
• 申請（專利權）人: 南京工業大學
• 主分類號: G16C20/10
• 分類號: G16C20/10;G16C20/70;H01M10/0525;G06F30/27;G06F30/28;G06N3/126;G06F113/08;G06F119/08;G06F119/14
• 代理公司: 南京千語知識產權代理事務所(普通合伙) 32394
• 代理人: 尚于杰

本發明公開了一種基于差式掃描量熱儀實驗的不同荷電狀態條件下鋰離子電池熱失控三維建模方法，包括S1：獲取電池活性材料，進行差式掃描量熱儀實驗，獲取熱流曲線；S2：將電池的熱流曲線分為多個反應峰，得到電池各個峰的反應焓；S3：利用Kissinger方程對熱流曲線進行分析，得到活化能和指前因子；S4：使用遺傳算法擬合電池材料的熱流曲線，得到鋰離子電池活性材料的反應級數；S5：建立電池熱失控模型，將該模擬實驗結果進行對比，驗證模型的可行性；S6：改變鋰離子電池的荷電狀態，研究不同荷電狀態對鋰離子電池熱失控的影響。本發明所述的基于DSC實驗而建立的熱失控模型，能夠真實還原鋰離子電池在熱失控過程中的熱失控反應，并且提高模型的精度。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池安全技術領域，具體涉及一種基于差式掃描量熱儀實驗的不同荷電狀態條件下鋰離子電池熱失控三維建模方法。

背景技術

目前鋰離子電池由于其具有較高的能量密度，壽命長，沒有記憶效應，較低的自放電率等優點被廣泛用于電動交通工具，便攜式移動設備，航空航天等領域，然而鋰離子電池還是存在很嚴重的安全問題。其中最為常見的是鋰離子電池熱失控引發的熱失控。

鋰離子電池的熱失控可由熱濫用、電氣濫用和機械濫用引起，它是一個復雜的放熱過程，包括一系列化學反應，釋放大量熱量并可能導致冒煙、燃燒和爆炸。

絕熱加速量熱法(ARC)和差示掃描量熱法(DSC)是研究鋰離子電池升溫過程中鏈式化學反應過程的常用熱安全方法。建立有效的鋰離子電池熱失控模型可以了解鋰離子電池在熱失控過程中的鏈式化學反應和熱行為，還可用于研究防止鋰離子電池熱失控的冷卻方法。

常用的獲取鋰離子電池熱動力學參數所使用的儀器包括DSC、ARC、C80量熱儀以及CONE量熱儀。使用ARC、C80量熱儀或CONE量熱儀獲取電池在熱失控過程中的熱力學參數的熱失控模型可以很好地反映電池在熱失控過程中的溫度變化，但沒有考慮反應順序和電池內部材料在熱失控過程中的動力學。因此，無法分析電池各部件的發熱比例，而了解電池材料產熱比例也有助于了解熱失控過程中的熱失控機理。

而現有技術中建立的基于反應動力學建立的熱失控模型大多基于文獻數據，如中國專利，名稱：一種鋰離子電池熱失控建模方法，申請號：202110570368.1，該專利申請方案中的模型參數則主要來自文獻中的參數，而文獻中的材料與建模所用電池熱失控反應存在一定差異，這在很大程度上會導致模型的誤差較大、精準度低。

發明內容

本發明的目的在于提供了一種基于差式掃描量熱儀實驗的不同荷電狀態條件下鋰離子電池熱失控三維建模方法，解決現有技術中基于反應動力學建立的鋰離子電池熱失控模型，誤差較大、精準度低的技術問題。

為了解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案實現：

基于差式掃描量熱儀實驗的不同荷電狀態條件下鋰離子電池熱失控三維建模方法，包括如下步驟：

S1：獲取設定荷電值的鋰離子電池活性材料，對其進行差式掃描量熱儀實驗，分別獲取鋰離子電池活性材料在不同溫升速率下的熱流曲線；

S2：使用非線性擬合的方法將電池的熱流曲線分為多個反應峰，得到電池各個峰的反應焓；

S3：利用Kissinger方程對步驟S1中獲取的熱流曲線進行分析，得到鋰離子電池活性材料的活化能和指前因子；

S4：使用遺傳算法擬合電池材料的熱流曲線，得到鋰離子電池活性材料的反應級數；

S5：建立鋰離子電池熱失控模型，將步驟S2-S4中獲取的鋰離子電池活性材料參數帶入模型，獲取鋰離子電池熱失控模擬結果，將該模擬結果與步驟S1中所述鋰離子電池的真實熱失控實驗結果進行對比，驗證模型的可行性；

S6：改變鋰離子電池的荷電狀態，在不同荷電狀值下分別重復步驟S1-S5，研究不同荷電狀態對鋰離子電池熱失控的影響。