锂亚硫酰氯电池热控制研究现状样本.doc

锂亚硫酰氯电池热控制研究现状HYPERLINK""\t"_blank"收藏此信息HYPERLINK""\t"_blank"推荐给朋友-6-23来源：机电商情网1引言锂是金属中最轻和电势最负一种元素，锂亚硫酰氯(Li/SOCl2)电池是一种以锂为负极，碳作正极，无水四氯铝酸锂亚硫酰氯(SOCl2)溶液作电解液锂电池。Li/SOCl2电池具备比能量高、比功率大、放电电压平稳、储存寿命长等特性，在航天器、水中兵器、导航设备等军事和民用工业中均有广泛应用。不同电池比能量与比功率关系如图1所示[1][2]。从图中可以看出，Li/SOCl2电池是比能量和比功率最高电池。大型Li/SOCl2电池重要用于不依托工业电源军事用途，作为一种不必充电备用电源，如导弹深井发射时地面备用电源等，一次锂电池在军事装备中特殊功能，是其她电池无法代替[3][4]。Li/SOCl2电池存在重要问题是电压滞后与安全问题，其中安全问题是最重要问题。锂电池在使用过程中发生化学反映，产生热量不能及时有效地散发，就会在电池内部积累热量，引起电池升温，进一步促使反映加剧，形成产热与温升正反馈，当热量积累到一定限度时候，就有鼓胀、泄漏、着火、爆炸等危险，这种现象被称之为热失控。因而，分析电池热特性，并有针对性地使用热控办法，迅速导出电池放出热量，减少电池内部热量积累，防止热失控，保证电池安全，具备十分重要意义。2Li/SOCl2电池发热机理研究关于Li/SOCl2电池发热机理研究重要侧重于进一步理解电池内部化学机理，建立电池热模型，目是减少电池放电发热量和热流密度。分别从传热学、电学和化学角度分析，电池热模型有三种不同形式。从传热学角度分析，假设单体电池温度内部均匀，应用傅立叶导热定律，可以得出电池热平衡控制方程为[5](1)上式中：为电池密度(kg/m3)，cp为定压比热容(J/(kg﹒K)-1)，T为电池温度(K)，t为时间(s)，为导热系数(W/(m﹒K)-1)，为单位体积热生成率(W/m3)。从电学角度分析，电池发热功率由下式拟定[6](2)式中：QT为发热功率(W)，I为放电电流(A)，Er为开路电压(V)，E1为负载电压(V)，其中IE1为电池可用功率(W)，从工程应用角度分析，电池热控制重要目是减少发热功率，而并非减少可用功率。从化学角度分析，电池发热功率由下式拟定[7]：(3)式中：QP为极化热(W)，来源于正负极极化和电解液阻值升高，是电池优化设计可以减少重要热量；QS是由熵变引起热量(W)，电池电极熵变对电池电化学和热行为有明显影响，GuW.B.建立了热和电化学耦合模型，对热—电化学交互作用进行了分析，以为在热滥用状况下，电池温度逐渐升高，电池正极发生热分解，最后导致热失控[8]；QA为化学反映热(W)，重要源于金属锂腐蚀，还涉及电池化学副反映。Li/SOCl2电池反映方程式见式(4)，此反映是放热反映，除此反映外，Li/SOCl2电池内部其她反映也是激烈放热反映。(4)由于Li/SOCl2电池寿命可长达，电池自放电反映对电池性能影响很大，因此研究长时间储备后进行放电Li/SOCl2电池时，QA需要考虑自放电产热。SpotnitzR.M.等建立了Li/SOCl2电池自放电特性电化学模型，用于预测电池寿命，提高安全系数[9]。电池发热是与电化学联系在一起。GomadamP.M.建立锂电池一维热模型与电化学有关，用于优化螺旋卷绕锂电池[10]。SurampudiS.等在JPL(美国喷气推动实验室)报告中分析了Li/SOCl2电池安全因素，以为热机制和化学机制共同作用使电池发生泄漏或爆炸[2]。通过以上分析可以发现，三种热模型并不是孤立，建立电池热模型要综合分析电池热—电—化学综合伙用。3电池热物理参数测量测量电池热物理参数对电池热性能分析是十分必要。将精确热物理参数用于电池热物理模型，进行数值模仿，可以预测电池热特性，设计和优化电池构造设计和热控制方式。电池热物理参数涉及电池产热量、热容量、导热系数和温度分布等。对电池热性能进行分析测试办法有差示扫描量热法、加速量热法、红外热成像等，通过各种分析测试办法可以研究电池热行为，从而揭示电池安全性本质。PesaranA.A.等简介了一种用于测量高功率电池模块CSC4400型量热计，该量热计可用于测量最大体积为21cm×39cm×20cm电池发热功率，测量范畴1W~100W，电池工作温度-30℃~60℃[11]。TakeuchiE.S.等通过351RA型Tronac微量热计和长时间放电办法估算了低倍率放电Li/BCX电池发热量和容量损失，用于预计电池寿命[12]。KaluE.E.等通过测量可逆电动势及开路电压随时间变化率，预测电池发热量，测量了Li/BCX和Li/SOCl2电池基本热力学参数[13]。Pe