[发明专利]一种锂离子电池热失控危险性控制方法

摘要

本发明涉及电池技术领域，公开了一种锂离子电池热失控危险性控制方法，首先应用X‑ray扫描法或FIB‑SEM扫描法，并对扫描得到的图像数据进行处理，生成锂离子电池电极三维微观结构；然后建立微观结构内部的电化学‑热耦合模型，用于模拟物质和电荷输运过程、化学反应过程以及产热和传热过程；最后应用电化学‑热耦合模型，计算不同放电倍率下微观结构内部的最高局部温度，并获得引发热失控发生的危险性结果，对锂离子电池进行相应的控制。本发明考虑了微观电极结构对物质输运和产热与传热的影响，可分析比较和控制不同微观结构的锂离子电池热失控的危险性，同时对锂离子电池针对热失控的预防设计起到重要的指导作用。

主权项

1.一种锂离子电池热失控危险性控制方法，其特征在于，其包括如下步骤：/n(1)应用X-ray扫描法或FIB-SEM扫描法，并对扫描得到的图像数据进行处理，生成锂离子电池电极三维微观结构；/n(2)建立所述锂离子电池电极三维微观结构内部的电化学-热耦合模型，该模型用于模拟物质和电荷输运过程、化学反应过程以及产热和传热过程；/n(3)应用所述电化学-热耦合模型，计算不同放电倍率下所述锂离子电池电极三维微观结构内部的最高局部温度，并获得该最高局部温度引发热失控发生的危险性结果；根据得到的危险性结果，对锂离子电池进行相应的控制；/n所述电化学-热耦合模型包括电解液中锂离子的输运控制方程、活性材料中锂的输运控制方程，电解液中和活性材料中的电荷守恒控制方程，电解液与活性材料界面处的电化学反应控制方程，电解液中和活性材料中的产热控制方程和电解液与活性材料界面处的产热控制方程，以及传热控制方程；/n所述电解液中锂离子的输运控制方程为：/n /n其中，c_e表示电解液中锂离子浓度，D_e表示电解液中锂离子扩散系数，κ_e表示电解液的电导率，t₊表示锂的迁移数，F为法拉第常数；/n所述活性材料中锂的输运控制方程为：/n /n其中，c_s表示活性材料中锂的浓度，D_s表示活性材料中锂的扩散系数；/n所述电解液中的电荷守恒控制方程为：/n /n其中，κ_e表示电解液的电导率，φ_e表示电解液的电势，R表示理想气体常数，T表示开尔文温度，κ_e表示电解液的电导率，F为法拉第常数，c_e表示电解液中锂离子浓度；/n所述活性材料中的电荷守恒控制方程为：/n▽κ_s▽Φ_s＝0；/n其中，φ_s表示活性材料的电势，κ_s表示活性材料的电导率；/n所述电解液与活性材料界面处的电化学反应控制方程为：/n /n其中，j_n，i为表面电流密度；i₀表示交换电流密度；α_a与α_c分别表示负极与正极的电荷迁移系数，且α_c+α_a＝1；F为法拉第常数；η为电极过电势；R表示理想气体常数；T表示开尔文温度；/n所述交换电流密度i₀由下式计算：/n /n其中，k₀为反应速率常数，表示活性材料中锂的浓度达到最大值时的锂浓度值；/n所述电极过电势η由下式计算：/nη＝Φ_s-Φ_e-U_eq；/n其中，U_eq表示平衡电势；/n所述电解液中的产热控制方程为：/n /n其中，κ_e表示电解液的电导率，φ_e表示电解液的电势，R表示理想气体常数，T表示开尔文温度，F为法拉第常数，c_e表示电解液中锂离子浓度；/n所述活性材料中产热控制方程为：/nq_s＝κ_s▽Φ_s·▽Φ_s；/n其中，κ_s表示活性材料的电导率，Φ_s表示活性材料的电势；/n所述电解液与活性材料界面处的产热控制方程为：/n /n其中，j_n，i为表面电流密度，U_eq表示平衡电势，为电池材料固有性质；/n所述传热控制方程为：/n /n其中下标i表示电极或活性材料，ρ_i表示电解液或活性材料的密度，c_p,i表示材料的比热容，λ_i表示材料的导热系数，T表示开尔文温度，q表示产热的热源。/n