【摘要】 本文研究了软包锂离子电池在充放电过程中极耳（尤其是正极极耳）引起的热风险。

热安全是电动汽车 (EV) 的主要要求之一。外部或内部热源过热会引发热失控。本文报道了袋式锂离子电池极耳引起的过热风险，并研究了相关的散热策略。正极片的温升比袋式锂离子电池的本体和负极片高得多。在 2 C 速率的充电速率下，温度在开始 100 秒内达到 70.4 °C，表现出快速的温度响应。此外，充放电过程中的最大温差约为20.2℃（2C倍率），这表明充电过程中的正极片比放电过程中的危险性更大。

 

此外，还应用电热模型来研究袋式锂离子电池中极耳的潜在风险。正极片中的极端温升（∼ 350 °C）表明高充电速率（6C）存在潜在的热风险。并且极耳处的温度只能控制在较高的传热系数（高于100 W·m-2·K-1）下。这项工作对于开发具有快速充电技术的电池组的热管理策略具有重要意义。

图1. 35 °C 2 C 倍率充放电过程中初始 100 s 的红外辐射热分析图【1】。

 

为了研究正极片的局部温升，对锂离子电池在初始充放电过程中的红外辐射热分析图进行了绘制，如图1a和b所示。 35℃充电过程中初始100s的初始热分析图如图1a所示，充电速率为2C。如图1a所示，局部温度仅在100秒内就升至70.4℃，并且局部温度急剧上升主要集中在正极片上。这种现象说明正极片处的发热主要是由焦耳热引起的。初始放电过程中的红外热分析图也显示出正极片处的温度急剧上升（图1b）。虽然放电过程中正极片的温升明显低于充电过程，但100 s内局部温度也可达52.3℃。此外，充电过程中正极片的温升远高于放电过程中的温升。

 

本文研究了软包锂离子电池在充放电过程中极耳（尤其是正极极耳）引起的热风险。测试了不同温度和充放电倍率下的电池性能和温升，并通过红外相机测试了锂离子电池表面的温度分布。此外，还对不同温度下极快充电速率下正极片的温升进行了数值计算。结论如下：

 

 (1)软包锂离子电池正极片的温升要高得多，远高于锂离子电池本体的温升。温升随着温度和充电/放电速率的增加而增加。在充放电过程中，在2C充放电倍率下，正极极片的温度最高可达77.7℃和69.3℃，这表明正极极片存在潜在的热风险。

 

(2)充电过程中正极片的温升远高于放电过程，温差约为20.2℃，表明充电过程比放电过程具有更高的热风险。由于电阻和接触电阻引起的欧姆发热，正极片在充电/放电过程中表现出相当快的温度响应。(3)极快充电速率(6C)的正极片在不同温度(35℃)下的最高温升约为350℃，这对热安全来说是一个严重的问题。此外，快充过程中正极片温度可控制在100℃以下，传热系数为100W·m−2·K−1。这意味着强制空气对流可以作为控制温度的有效方法。不过，应该考虑电池和电池组的整体热管理性能，而不仅仅是正面，这项工作可以在不久的将来进行。

 

【1】Peizhao Lyu, Xinjian Liu, Chenzhen Liu, Zhonghao Rao,Experimental and modeling investigation on thermal risk evaluation of tabs for pouch-type lithium-ion battery and the relevant heat rejection strategies,International Journal of Heat and Mass Transfer,Volume 202,2023,123770,

 

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