德國慕尼黑工業大學Alexander Rheinfeld:提高鋰離子電池安全性的相關研究情況

2015年09月28日 10:09 來源:節能與新能源汽車網 作者:周怡博
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  慕尼黑工業大學的動力電池研究小組從80年代開始進行電池方面的研究,其研究領域包括無機化學、高分子化學、中子源診斷技術、技術性的電化學以及到目前關于電能儲存體系和系統,還有包括汽車的工程項目等等。在動力電池方面,其研究領域包括開展電池可靠性方面的研究、電池充放電過程的研究、電池熱管理和安全性發面的研究、對電池系統級別的模擬建模研究以及降低電池成本、提高效率的電池優化策略研究等。在電池生產發面,從材料的開發到電池的生產以及測試都有不同的科研團隊在進行相關研究。

  Alexander認為鋰電池的安全性涉及到成本、壽命、可靠性等多方面的內容,是由很多不同因素造成的,只有將所有可能的問題全部考慮了才能最終達到我們的目標。而電池材料方面的問題是首先需要考慮的。Alexander首先介紹了對LiCoO2表面形態的研究。利用球形的碾壓機對材料表面進行碾壓來研究材料的熱穩定性。研究結果表明,表面積越大,就會不斷減小該材料的熱穩定性,甚至改變分解反應機理。更加糟糕的是,材料的分解反應的活化能會被大幅度降低。此外,材料表面積與分解反應的區域成線性正比例關系,因此,電池的微粒的尺寸不能無限制的減小,需要同時考慮電池的性能和電池的安全性,是兩者達到平衡。

  他還介紹了機械負荷對鋰電池造成的影響。研究認為,震動和沖擊確實在電池的機械和電力性能上沒有什么影響,但是這個震動和沖擊可以造成電池內部整個金屬中柱的松動,雖然從外表看還完整無損,但是里面已經發生了破壞。這種震動會使電池內部的鋰離子的形態和物理性能發生變化,當電池發生過充電的時候就會產生鋰的電鍍現象。如果我們保持電池20個小時不用,這個鋰就會擴散到石墨當中,而且如果我們立即進行放電,在石墨的電鍍方面不會產生任何變化。現在鋰電鍍確實對電池能力有一定影響,占到整個能力影響的19%。

  Alexander最后介紹了利用p2D模擬模型來研究溫度對鋰電池安全的重要性。研究結果表明,電池溫度的升高會帶來一些次生的動態分解反應。在計算電池熱量和溫度變化的時候,需要充分考慮這些動態的分解反應,從而有效的設計電池,來提升電池的安全性。還需要考慮電池的尺寸和形狀以及具體電極的配置,因為這些因素都是相互聯系相互限制的。此外,他們還利用模擬軟件開發一種高精確性并且反應時間更短的溫度傳感器,用來快速準確的測量電池的溫度變化。

  最后,Alexander介紹了慕尼黑工業大學在電池安全方面即將開展的工作,包括如何在電池的高性能和安全性中間達到一個平衡,以及電池局部電流密度和溫度峰值的準確描述。還有對更多的商業化電池的測試等研究方向。此外,還有對商業化的圓柱形電池的在線性能測試、低電流密度時電池內部參數的評估和分布情況,

編輯:lj

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