摘要：随着社会经济的发展，我国的科学技术水平有了很大提升，电池市场的发展前景越来越好。为了满足人们的日常生活需求，相关制造行业开始不断对电池的制造进行改革和创新，在此背景下，锂离子电池应运而生。为了在某一恒定温度下准确研究电池充放电过程中的吸放热特性,本文以18650LiCoO２电池为实验对象,首先阐述了锂离子电池的特点，然后对锂离子电池充电过程热特性进行了研究，最后阐述了锂离子电池的发展前景。
关键词：锂离子电池;等温量热仪;热特性;放热速率;放热量;锂电池热安全
引言
锂离子电池具有高电压、高能量、循环寿命长和无记忆效应等众多优点，在纯电动汽车、混合动力汽车、电动自行车、轨道交通、航天航空、船舶舰艇等交通领域获得广泛应用。越来越多的研究应用显示，电池温度是影响锂离子电池性能和循环寿命的重要因素。电池在放电过程中，化学能转化为电能和热能，由于电化学反应和电池内阻的存在，会产生反应热(可逆热)、极化热和欧姆热(不可逆热)，若不能及时散失，热量积累到一定程度，将有热失控的危险。研究锂离子电池的热特性以及能量损失对于评估和保障电池的可靠性和安全性是非常重要的。
1锂离子电池的特点
1)充放电时电压高。一般情况下，电压平台中的电压范围在3.0～4.2V之间，是普通电池放电时电压的3倍。2)使用寿命较长。锂离子电池是二次充电电池，当电池中的电量用完时，可以通过充电方式将电池的电量充满，并且可以循环使用，在这种情况下，提高了锂离子电池的使用寿命。3)比能量较大。一般情况下，锂离子电池的体积和质量比能量分别在310W•h/L和110～200W•h/kg以上，为目前蓄电池中最高。4)充放电的效率比较高。锂离子电池在充放电过程中的能量转换效率相比其他普通电池要高很多，因此锂离子电池的充电时长短且使用时间长。5)安全性能较强。锂离子电池是一种新型能源，在使用过程中可以实现循环使用，属于无公害和无记忆的电池，在很大程度上能够满足更多的使用需求，提高电池使用的安全性。
2锂离子电池充电过程热特性研究
2.1电池使用环境对循环寿命的影响
使用环境对锂离子电池的循环寿命有很大影响，其中环境温度对锂离子电池循环寿命影响最大。环境温度过高或太低都会影响锂离子电池循环寿命。目前锂离子电池电解液主要为LiPF6，在高温下LiPF6会发生热分解，生成PF5，PF5会进一步与电解液中的水分发生水解反应生成HF。HF是造成正极材料发生金属铁溶解的重要原因。Amine等研究了以碳包覆磷酸铁锂为正极，MCMB石墨为负极，LiPF/EC-DEC为电解质的电池在高温下的存储和循环性能，发现电池在37和55℃下循环容量发生明显衰减，原因是电池在高温下循环，铁会从正极溶出并沉积在负极表面，影响负极表面SEI膜，造成石墨负极阻抗升高，电池循环寿命衰减。用双草酸锂盐替代LiPF电解质盐，电池循环稳定性明显提高。姚斌等研究了商业化磷酸铁锂电池高温存储中的电化学性能、极片物理及电化学特性，发现高温存储中电池容量损失主要来源于长期处于低电位的负极还原电解液，造成活性锂离子损失。负极还原电解液的副反应产物大量沉积于负极表面，沉积物中的无机组分阻碍锂离子扩散，使负极反应动力学性能下降。Ramadass等研究了商业化Sony18650型在高温下循环容量的变化，发现电池容量的损失主要由倍率容量的损失、主要和次要活性物质损失所造成。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆通过实验得出以下结论：电池在室温和45℃经过800次充放电循环后，容量分别衰减了30%和36%；电池在55℃下循环到500次就发生严重的容量衰减，循环难以继续，主要原因是电池在高温循环过程中正极材料发生了氧化，造成主要活性物质损失，电池循环性能变差。
2.2充电倍率的影响
为研究LiCoO2电池吸放热特性随充电倍率的变化情况,以室温20℃为例,实验过程如下:首先使电池以0.3C倍率在室温下将电量放空,静置１h;再以某一倍率将电池以先恒流再恒压的方式充满.不同充电倍率下,恒流充电阶段放热量增加较快,恒压阶放热量增加缓慢.这是因为LiＧCoO2电池的产热主要包括可逆反应热和不可逆反应热,恒流阶段充电电流较大,电池由于克服内阻产生的不可逆热增加,导致电池放热量较大.由于恒压阶段电流小,且时间较短,故恒压阶段电池放热量变化不太明显.恒流充电阶段,LiCoO2电池的放热总量随充电倍率的增大而增大。0.3C充电时,最高放热量为0.65kJ;0.5C充电时,最大放热量为0.77kJ;1C充电时,最大放热量为1kJ.相同倍率下,充电过程中LiCoO2电池的放热总量比放电过程小.先恒流再恒压充电过程中,恒流阶段产热量比恒压阶段产热量多,所以恒流充电阶段是LiCoO2电池内部热量积聚的重要阶段.
3锂离子电池的发展前景
社会经济和科学技术的快速发展，对锂离子电池的生产工艺提出了更高的要求。锂离子电池为了更好的适应社会的发展需求，需要向多种以及特种电池的方向发展。近几年，我国环境污染比较严重，有很大的原因是因为汽车数量增多，尾气排放量超标，为了缓解这种情况，我国开始发展新能源汽车，减少环境污染，提高空气质量。新能源汽车的发展对动力锂离子电池的需求越来越大，动力锂离子电池与传统锂离子电池存在一定的不同之处，传统的锂离子电池的电压低于动力锂离子电池的电压，并且动力锂离子电池的比能量要远高于传统的锂离子电池，其整体的重量较低，在很大程度上减轻了新能源汽车的重量，有利于新能源汽车得到快速发展。
结语
综上所述，通过研究发现影响锂离子电池循环性能的因素很多，为了使电池有更好的循环性能来满足客户要求，在进行电池设计的过程中应该充分考虑影响电池循环寿命的各种因素，选择合理的设计方案和制造工艺。低温充电时,应适当对电池预热以提高电池的充电性能;充放电倍率对锂离子电池放热速率具有显著的影响,充放电倍率越大,电池放热速率峰值越高。
参考文献
[1]陆浩，刘柏男，禇赓，等.锂离子电池负极材料产业化技术进展[J].储能科学与技术,2016,5(2):109-119.
[2]王青松,孙金华,陈思凝,等.锂离子电池热安全性的研究进展[J].电池,2005,35(3):240-241.
[3]周天，赵晖.锂离子电池生产火灾危险性及防范对策[J].消防科学与技术，2017，36(05):716-720.
[4]李婷，殷聪.锂离子电池隔膜研发现状与发展方向[J].东方电气评论，2016，30(04):7-11.
[5]张海林，闫建忠，毕磊，彭余.锂离子电池生产中的温度控制[J].电池，2012，42(01):23-25.
[6]李乾坤.锂离子电池生产工艺及其发展前景[J].化工设计通讯，2018，44(07):205.
论文作者:刘宏玉
论文发表刊物:《基层建设》2019年第28期
论文发表时间:2020/1/16
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