动力电池安全技术培训.pptx

动力电池安全技术培训精品文档Page3PrintDate:7/2/2016ReviseDate:2016-7-6电池包野蛮使用及管理不当产生的安全性问题电池包野蛮使用和管理不当产生的安全性问题 野蛮使用的条件主要包括以下几种: 过度充电或过充(overcharging) 电池包的过充导致的所有电芯过充; 电压管理不当导致的电池包内某些电芯被过充。过度放电或过放(over-discharge) 电池包的过放导致的所有电芯过放; 电压管理不当导致的电池包内某些电芯被过放。电芯处于过高的工作温度条件下或过热(overheating) 冷却设计或热管理/电压管理不当使某些电芯过热或充放电率过大导致大多数电芯过热, 或被置于高温环境下。 电池管理不当产生的安全性问题过充过热 外部原因导致的电芯结构损坏引发的内部短路钉扎,可将高分子分隔膜破坏,导致电芯内部微电池短路。挤压,可导致电芯活性材料涂层损坏并使高分子分隔膜破坏,导致内部微电池短路。Page4PrintDate:7/2/2016ReviseDate:2016-7-6EnergylevelDischargee-e-Charge三种锂离子电池结构锂离子电池的电化学锂离子电池的电化学 负极石墨或碳的其它形式 正极锂的过渡金属氧化物(LCO,LMO,NMC,etc.) 锂的过渡金属磷化物(LiFePO4,LFP) 电解质(把电子电流阻隔在电池外部,只允许离子电流传递) 溶液=碱性碳酸盐有机溶液;溶剂=Li(PF6)–六氟磷酸锂 正负极间的高分子隔离膜把正负极隔开,对电子阻隔,允许锂离子通过。短路仅对电子电流而言因离子电流无法在电解质以外流动。高分子隔离膜失效时发生内部短路,电子电流不经外电路从正极流向负极。单层微电池结构Page5PrintDate:7/2/2016ReviseDate:2016-7-6锂离子电池的内部结构电芯中单层电池(微电池)的结构三个多孔介质层:正,负极涂层材料和高分子隔离膜正负电极以多孔介质形式涂在电流收集板上;正负极间由一个多孔的高分子膜隔开。两个金属收集版负极电流收集板为Cu,正极电流收集板为Al。一种有机液体电解质电解质充填在正负极和高分子分离膜的多孔材料空隙中。电化学在正负电极和电解质的界面上进行。涂在铝箔上的正极材料涂在铜箔上的负极材料Page6PrintDate:7/2/2016ReviseDate:2016-7-6锂离子电池的内部结构电压分布电芯中单层电池(微电池)两个集流板间的电势分布单层微电池内部的电势一般以锂离子电势的相对值表示。放电率越大,电池内部由锂离子浓度分布导致的电势梯度就越大,即离子电流传导的阻力就越大。正负极电池材料涂层相对于集流板的导电电阻和到集流板的距离相关,距离不同,涂层内的电势就不同。这个机理导致了能量电池和动力电池的设计原理不同。Page7PrintDate:7/2/2016ReviseDate:2016-7-6锂离子电池的寿命电池的循环寿命 在每一个充放电循环中,电极和电解质的相互作用都会引起一部分电池活性材料的丧失: 锂离子附着在颗粒材料的表面形成镀层(plating),导致部分锂离子的永久损失; 过渡金属溶解在电解质中而损失正极的活性材料。 充放电循环寿命随电池的使用条件和工作温度而变化: 以50%SOC为平衡点的浅度充放电在给定工作温度下具有最长循环寿命; 电量一次全部放尽及再充满的深度充放电在给定工作温度下具有最短循环寿命; 电池的理想工作温度是20-40C;低温和高温的工作条件都会使电池循环寿命下降。Page8PrintDate:7/2/2016ReviseDate:2016-7-6锂离子电池热管理的重要性(1)高放电率下锂离子电池的内部电阻生热 在高充放电电流下,动力锂离子电池内部的欧姆热使电芯温度迅速上升。如无合适的冷却,电芯会在不到10分钟就可以达到不安全温度,导致电芯过热。 MGL-8Ah锂离子电池,15C放电率 Panasonic-,15C放电率Page9PrintDate:7/2/2016ReviseDate:2016-7-6锂离子电池热管理的重要性(2)电池包热管理的重要性 当工作在过高或过低的温度条件下时,锂离子电池的性能和寿命会迅速下降: 高温使某些电池材料发生热分解,触发不可逆化学反应,甚至导致热失控。低温时电解质由液态性质趋向于固态性质,使电芯内电子和离子的流动性变差。 电池包内电芯的最高温度和最大温差是影响可靠性、耐久性和安全性的重要参数: 在高温下,温度最高的电芯决定了整个电池包的安全性。在低温下,温度最低的电芯决定了电池包的输出功率限值。Page10Pri