相變材料冷卻技術在18650鈦酸鋰電池熱管理中的應用研究.pdf

1、伴隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，傳統(tǒng)能源的嚴重消耗引起世界各國的重視。交通行業(yè)作為傳統(tǒng)能源的消耗大戶，在環(huán)保節(jié)能方面具有巨大潛力。因此，以動力電池作為動力源的電動汽車應用而生。然而，動力電池在使用過程中，容易出現(xiàn)溫度過高或者過充等情況，這將造成電池性能嚴重衰退，甚至出現(xiàn)熱失效的安全隱患。本文以圓柱形18650鈦酸鋰單體電池作為研究對象，通過過充實驗研究高溫對電池性能的影響，再采用復合相變材料(PCM)對電池進行熱管理，改善和提高電池的綜合性能

2、。實驗結果如下:
　　(1)研究大功率過充至電池最高溫達到87℃后，電池性能與溫度的關系。通過充放電測試，過充后的18650鈦酸鋰電池的電化學性能出現(xiàn)嚴重衰退現(xiàn)象。電池內阻增大，導致比容量明顯下降，電流密度越高，下降程度越明顯，電池5C放電時基本沒有儲電能力。過充電池的熱效應明顯變差，升溫速率也明顯高于正常電池。高溫環(huán)境下，3C放電時過充電池表面最高溫度和溫升分別達到了57.46℃和19.11℃，超過了電池合理的工作溫度和正常溫升

3、范圍。過充電池性能嚴重衰退可以歸結為兩個原因:1）過充造成電解液氧化分解后使得電池內阻增大;2）過充時的熱失效使得電極材料的納米形貌和微晶結構均受到一定程度的破壞，造成電池儲電能力的二次下降。
　　(2)根據(jù)石蠟的相變潛熱和相變溫度范圍等特點，按照石蠟、石墨和活性炭四種不同比例(20∶5∶0、20∶4∶1、20∶3∶2、20∶2∶3)制備成石蠟/石墨/活性炭復合相變材料板。DSC以及導熱系數(shù)的測試結果表明，活性炭質量分數(shù)為4％時，

4、復合相變材料板的相變潛熱為155.2J·g-1，比石蠟/石墨復合相變材料提高了13.20％，導熱系數(shù)為5.591W·m-1·K-1，成本較石蠟/石墨復合相變材料降低了8.7％。
　　(3)將石蠟/石墨/活性炭以20∶4∶1的質量比進行復合，壓制成環(huán)形用于18650鈦酸鋰電池熱管理。通過分析PCM冷卻和空氣自然冷卻的鈦酸鋰電池的循環(huán)測試結果可知，自然空氣冷卻電池電化學性能衰退比PCM冷卻電池明顯，隨著循環(huán)次數(shù)的增加，這種現(xiàn)象更顯著。