德国慕尼黑工业大学Alexander Rheinfeld:提高锂离子电池安全性的相关研究情况

2015年09月28日 10:09 来源:节能与新能源汽车网 作者:周怡博
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  慕尼黑工业大学的动力电池研究小组从80年代开始进行电池方面的研究,其研究领域包括无机化学、高分子化学、中子源诊断技术、技术性的电化学以及到目前关于电能储存体系和系统,还有包括汽车的工程项目等等。在动力电池方面,其研究领域包括开展电池可靠性方面的研究、电池充放电过程的研究、电池热管理和安全性发面的研究、对电池系统级别的模拟建模研究以及降低电池成本、提高效率的电池优化策略研究等。在电池生产发面,从材料的开发到电池的生产以及测试都有不同的科研团队在进行相关研究。

  Alexander认为锂电池的安全性涉及到成本、寿命、可靠性等多方面的内容,是由很多不同因素造成的,只有将所有可能的问题全部考虑了才能最终达到我们的目标。而电池材料方面的问题是首先需要考虑的。Alexander首先介绍了对LiCoO2表面形态的研究。利用球形的碾压机对材料表面进行碾压来研究材料的热稳定性。研究结果表明,表面积越大,就会不断减小该材料的热稳定性,甚至改变分解反应机理。更加糟糕的是,材料的分解反应的活化能会被大幅度降低。此外,材料表面积与分解反应的区域成线性正比例关系,因此,电池的微粒的尺寸不能无限制的减小,需要同时考虑电池的性能和电池的安全性,是两者达到平衡。

  他还介绍了机械负荷对锂电池造成的影响。研究认为,震动和冲击确实在电池的机械和电力性能上没有什么影响,但是这个震动和冲击可以造成电池内部整个金属中柱的松动,虽然从外表看还完整无损,但是里面已经发生了破坏。这种震动会使电池内部的锂离子的形态和物理性能发生变化,当电池发生过充电的时候就会产生锂的电镀现象。如果我们保持电池20个小时不用,这个锂就会扩散到石墨当中,而且如果我们立即进行放电,在石墨的电镀方面不会产生任何变化。现在锂电镀确实对电池能力有一定影响,占到整个能力影响的19%。

  Alexander最后介绍了利用p2D模拟模型来研究温度对锂电池安全的重要性。研究结果表明,电池温度的升高会带来一些次生的动态分解反应。在计算电池热量和温度变化的时候,需要充分考虑这些动态的分解反应,从而有效的设计电池,来提升电池的安全性。还需要考虑电池的尺寸和形状以及具体电极的配置,因为这些因素都是相互联系相互限制的。此外,他们还利用模拟软件开发一种高精确性并且反应时间更短的温度传感器,用来快速准确的测量电池的温度变化。

  最后,Alexander介绍了慕尼黑工业大学在电池安全方面即将开展的工作,包括如何在电池的高性能和安全性中间达到一个平衡,以及电池局部电流密度和温度峰值的准确描述。还有对更多的商业化电池的测试等研究方向。此外,还有对商业化的圆柱形电池的在线性能测试、低电流密度时电池内部参数的评估和分布情况,

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