Die Temperatur der Lithiumbatterie ist zu hoch, mehr als 45 °C. Lithium-Ionen-Batterien werden in der Produktion und im Leben der Menschen immer häufiger eingesetzt, wodurch die Temperaturumgebung zum Hauptproblem wird. Relativ gesehen sind Lithiumbatterien leichter zu Sicherheitsproblemen In Umgebungen mit hohen Temperaturen ist es daher erforderlich, die Hochtemperaturleistung von Lithiumbatterien zu testen und diese mit den Testdaten bei normaler Temperatur zu vergleichen. Wenn der Lithium-Ionen-Akku missbräuchlich oder unsachgemäß verwendet wird, beispielsweise bei hohen Temperaturen oder bei einem Ausfall der Ladegerätsteuerung, kann es zu einer heftigen chemischen Reaktion im Inneren des Akkus kommen, die viel Wärme erzeugt, wenn die Wärme zu spät abgeführt wird Wenn sich die Batterien schnell in der Batterie ansammeln, kann die Batterie auslaufen, austreten, rauchen und andere Phänomene auftreten, was zu schweren Verbrennungen und Explosionen der Batterie führen kann.
Zu den chemischen Reaktionen, die in Batterien bei hohen Temperaturen ablaufen, gehören hauptsächlich:
(1) Zersetzung des SEI-Films: Der Schutzfilm ist metastabil und Zersetzung und Wärmefreisetzung treten bei 90–120 °C auf.
(2) Die Reaktion von eingebettetem Lithium und Elektrolyt: Oberhalb von 120 °C kann die Membran nicht abgeschnitten werden Es kommt zu einem Kontakt zwischen der negativen Elektrode und dem Elektrolyten, und dem in der negativen Elektrode eingebetteten Lithium und dem Elektrolyten kommt es zu einer exothermen Reaktion.
(3) Elektrolytzersetzung: Die Zersetzung erfolgt bei mehr als 200 °C und Wärmefreisetzung.
(4) Zersetzung des positiven aktiven Materials: Im Oxidationszustand zersetzt sich das positive Material exotherm und setzt Sauerstoff frei, der zu einer exothermen Reaktion mit dem Elektrolyten führt, oder das positive Material reagiert direkt mit dem Elektrolyten.
(5) exotherme Reaktion zwischen eingebettetem Lithium und Fluoridbinder.
Der Einfluss hoher Temperaturen auf die Leistung der zylindrischen 2-Ah-Batterie (positives Elektrodenmaterial NCM mit PVdF-Binder, negatives Elektrodenmaterial Kohlenstoff mit CMC/SBR-Binder) wurde untersucht und die Bedingungen der beiden Batterien bei unterschiedlich hohen Temperaturen verglichen :
B2-Batterie – zuerst 2 Mal bei 60 °C durchlaufen, dann bei 85 °C
B3-Batterie – zuerst 2 Mal bei 60 °C durchlaufen, dann bei 120 °C
Wie aus Abbildung 4 ersichtlich ist, beträgt der Kapazitätsverlust der B2-Batterie nach 26 Zyklen bei 85 °C etwa 7,5 % und die Batterieimpedanz steigt um 100 %. Nach 25 Zyklen bei 120 °C verliert die B3-Batterie etwa 22 % ihrer Kapazität und erhöht die Batterieimpedanz um bis zu 1115 %.
Abbildung 4 Zykluskurve und Impedanzanstiegskurve von B2- und B3-Batterien bei hoher Temperatur
Das in Abbildung 5 dargestellte Modell veranschaulicht die Veränderungen der positiven Elektrode der Batterie bei einer hohen Temperatur von 120 °C. Bei 120 °C wanderte ein Teil des positiven Bindemittels PVdF aus der Region Teil 1 zur Oberfläche der positiven Elektrode, was dazu führte, dass der Bindemittelgehalt in der Region Teil 1 abnahm und das aktive NMC-Material die Fähigkeit zur elektrochemischen Reaktion verringerte auf den Mangel an Bindemittel. Im Teil 2-Bereich ist dieser Teil der Hauptkörper der positiven Elektrode, der Bindemittelgehalt ist normal, die hohe Temperatur hat kaum Auswirkungen und das aktive Material kann normal reagieren.
Die Auswirkung hoher Temperaturen auf die negative Elektrode lässt sich anhand der Analyse der Oberfläche der negativen Elektrode erkennen (Abbildung 6). FEIGE. 6a zeigt den Ausgangszustand der negativen Elektrode. Nach dem Zyklieren bei 85 °C erscheinen gemeinsame Festelektrolytphasen auf der Oberfläche der negativen Elektrode (Abb. 6b). Die Oberfläche der negativen Elektrode ist mit neu erzeugten Substanzen bedeckt, was zu einigen kleinen kugelförmigen Substanzen führt, die sich von der ursprünglichen Morphologie unterscheiden. SEI: Feststoff Elektrolytschnittstelle). Wenn die Temperatur auf 120 °C ansteigt, wird mehr SEI erzeugt (Abbildung 6c, die negative Oberfläche ist mit mehr Partikeln bedeckt) und es werden mehr aktive Lithiumionen verbraucht, was zu einer Verringerung der Kapazität führt.
FEIGE. 6 Morphologische Veränderungen der negativen Elektrodenoberfläche
Der Einfluss hoher Temperaturen auf die Batterielebensdauer
Die Arbeitstemperatur ist zu hoch: Einerseits führt der Anodenreduktionselektrolyt bei niedrigem Potential über einen langen Zeitraum zum Verlust aktiver Lithiumionen, was zu einer Verschlechterung der elektrochemischen Leistung führt; Andererseits führt die hohe Temperatur zu einer Zunahme der Nebenreaktion des Anodenreduktionselektrolyten und die anorganischen Reaktionsprodukte lagern sich auf der Anodenoberfläche ab, was die Entfernung von Lithiumionen behindert und die Alterung der Batterie beschleunigt . Bei hohen Temperaturen nehmen die Nebenreaktionen der Batterie zu, z. B. zersetzt sich der SEI-Film auf der Oberfläche der negativen Elektrode, bricht oder löst sich auf usw., was zu einem kontinuierlichen Verbrauch von Lithiumionen während des Zyklus bei hohen Temperaturen führt. und die Kapazität nimmt rapide ab.
Studien haben gezeigt, dass sich die Lebensdauer der Batterie pro 10 °C Erhöhung halbiert, wenn die Betriebstemperatur der Batterie 40 °C übersteigt. Der Batteriesatz ist eng im Batteriefach des neuen Energiefahrzeugs angeordnet, und die von der einzelnen Batterie erzeugte Wärmeansammlung führt zu Temperaturunterschieden im Inneren des Batteriesatzes, was zu unterschiedlichen Dämpfungsraten der einzelnen Batterie führt und die Identität der Batterie zerstört Akkupack und verringert die Leistung des Akkupacks.
Die Temperatur der Batterie korreliert positiv mit dem Lade- und Entladestrom. Wenn das Laden und Entladen mit einem kleinen Strom erfolgt, ist die Temperatur des Akkupacks an einem Ort am höchsten, an dem ein Wärmeaustausch mit der Außenwelt nicht einfach stattfinden kann; Wenn das Laden und Entladen eines großen Stroms oder das Strukturdesign des Polohrs unangemessen ist, herrscht die höchste Temperatur des Akkus im Polohr.
Daher kann die rationelle Gestaltung des Batteriekühlsystems entsprechend den Eigenschaften der Leistungsbatterie und der Arbeitsumgebung nicht nur die Ausdauerleistung des Fahrzeugs verbessern, sondern auch die Sicherheit und Zuverlässigkeit des Fahrzeugs verbessern.
