２００９年１１月
ＮＯＶ．２００９
华南师范大学学报（自然科学版）
ｊＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＳＯＵＴＨ ＣＨＩＮＡ ＮＯＲＭＡＬ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ
（ＮＡＴＵＲＡＬ ＳＣＩＥＮＣＥ ＥＤＩＴＩＯＮ）
第２８届全国化学与物理电源
学术年会论文选・下（增刊）
文章编号：１０００—５４６３（２００９）Ｓ２—０１１１—０２
锂离子电池的热失控模拟
卢立丽，王松蕊，刘兴江
（中国电子科技集团公司第十八研究所，化学与物理电源技术重点实验室，天津３００３８１）
摘要：通过锂离子电池的热模拟研究，对比了不同环境温度时，锂离子电池的温度变化和热失控状态．进一步模拟了
绝热条件下，锂电池的热失控状态．
关键词：锂离子电池；热失控；热模拟
中图分类号：ＴＭ９１２．９ 文献标识码：Ａ
锂离子电池由于具有比能量大，循环寿命长，单
体电压高，自放电小等优点，其应用范围越来越广
泛．但是锂电池在应用中潜在的安全问题已经成为
制约其发展的一个瓶颈，尤其是动力锂离子电池组． 对锂离子电池的热模拟可以进一步理解锂离子电池 热失控的起因和过程，为锂离子电池安全性的提高 提供依据． 锂离子电池热模拟的方法有很多，其中ＢＡＲ— ＮＥＴＦ等人从电池整体的角度模拟了锂离子电池 内短路时的热失控过程 ；ＤＡＨＮ，ＳＰＯＴＮＩＴＺ等 人以正负极材料的热性质为基础，模拟了锂离子 电池的热箱实验 Ｊ．本文参考了ＤＡＨＮ的锂离 子电池热模型【２ 计算了不同环境时，单体电池的 温度变化，以及电池材料对电池安全性的影响． 图１给出了用于模拟计算的电池模型的二维 图．该电池是由１２片正极片组成的５ ａｍ×６．５ ａｍ 叠片电池模型．计算通过商用软件Ｃｏｍｓｏｌ Ｍｕｌ— ｔｉｐｈｙｓｉｃｓ完成的，其中所用的参数来自文献［２］ ５ ｃｍ Ｌ ｊ ｛ ｌ ； ｛ ｉ 霹 ｌ ｛ ４ ｍｉｎ 图１电池模型二维图 Ｆｉｇ．Ｉ Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｏｆ ｔｗｏ—ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｍｏｄｅｌ 图２给出了不同环境温度时锂离子电池温度， 正负极材料和电解液浓度的变化．可以看出对于设 定的锂离子电池在环境温度为４２３ Ｋ时，电池虽然 已失效但是尚可不发生安全事故，然而当环境温度
升高到４２８ Ｋ时，电池已经处于热失控状态．单电
池的容量越大，达到热失控状态所需的环境温度越
低，所以动力电池组中必须综合考虑单电池容量和
电池间降温能力．分析材料浓度和电池温度的关系．
可以看出到４００ Ｋ时负极开始放热，到４２０ Ｋ时正
极材料开始放热，到５００ Ｋ时电解液剧烈放热引起
电池的热失控．环境温度越高材料放热反应的热积
累越多，越容易引起电池的热失控．
图３给出了绝热环境下锂离子电池热失控时温
度变化云图，显示了温度由放热点中心向四边的扩
散．
更详细的计算结果和相关实验还在进行中．
参考文献：
［１］ＢＡＲＮＥＴｔ Ｂ，ＯＦＥＲ Ｂ，ＢＯＯＫＥＵＮ ０ Ｈ，ｅｔ ａ１．Ｏｎ ｔｈｅ
ｒｏｌｅ ｏｆ ｔｈｅ ａｃｔｉｖｅ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｉｎ ｔｈｅｒｍａｌ ｒｕｎａｗａｙ ｆｒｏｍ ｉｎｔｅｒ—
ｎａｌ ｓｈｏａ ｃｉｒｃｕｉｔｓ［Ｃ］／／Ｔｈｅ １４ｔｈ ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ ｍｅｅｔｉｎｇ ｏｎ
ｌｉｔｈｉｕｍ ｂａｔｔｅｒｉｅｓ．Ｔｉａｎｊｉｎ，２００８：７５．
［２］ＨＡＴＣＨＡＲＤ Ｔ Ｄ，ＭＡＣＮＥＩＬ Ｄ Ｄ，ＤＡＨＮ Ｊ Ｒ，ｅｔ ａ１．
Ｔｈｅｒｍａｌ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ ａｎｄ ｐｒｉｓｍａｔｉｃ ｌｉｔｈｉｕｍ—ｉｏｎ
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［Ｊ］．Ｊ Ｐｏｗｅｒ Ｓｏｕｒｃｅｓ，２００７，１７０：４７６—４８９．
收稿日期：２００９一ｌ０一ｌ９
作者简介：卢立丽（１９７９一），女，山东日照人，天津电源研究扬助理工程师，主要研究方向：锂离子电池安全性模拟研究，Ｅｍａｉｌ：ｊｏｂｌｕｌｉｌｉ＠１６３．ｃｏｍ
ｌｌ２ 华南师范大学学报（自然科学版） ２００９阜
０．７６
Ｏ．７２
Ｕ
０．６８
０．６４
０．６Ｏ
０ ２ ０００ ４ ０００ ６ ０００ ８ ０００
Ｔｉｍｅ／ｓ
（ａ）
３００ ３５０ ４００ ４５０ ５００ ５５０
０
Ｕ
ｌｃ
Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ／Ｋ
（ｂ）
Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ／Ｋ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ／Ｋ
（ｃ） （ｄ）
图２不同环境温度下锂离子电池温度（ａ），正负极材料（ｂ，ｅ）和电解液（ｄ）浓度的变化曲线图
Ｆｉｇ．２ Ｃｕｒｖｅｓ ｆｏｒ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ（ａ），ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｃａｔｈｏｄｅ（ｂ），ａｎｏｄｅ（ｅ），ａｎｄ ｅｌｅｃｔｍｌ￣ｅ（ｄ）ｉｎ ｌｉｔｈｉｕｍ—ｉｏｎ ｃｏｉｌｓ．
Ｔｉｍｅ／ｓ
图３绝热环境下锂离子电池热失控时温度变化云图
Ｆｉｇ．３ Ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｐｌｏｔｓ ｏｆ ｌｉｔｈｉｕｍ～ｉｏｎ ｃｅｌｌｓ ｉｎ ａｄｉａｂａｔｉｃ ｓｕｒｒｏｕｎｄ
Ｓ删ＬＡＴＩＯＮ ＯＦ ＴＨＥＲＭ－ＡＬ ＡＢＵＳＥ ＦｏＲ ＬＩＴＨＩＵＭＩｏＮ ＣＥＬＬＳ
ＬＵ Ｌｉｌｉ，ＷＡＮＧ Ｓｏｎｇｒｕｉ，ＬＩＵ Ｘｉｎｇｊｉａｎｇ
（Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｋｅｙ Ｌａｂ ｏｆ Ｐｏｗｅｒ Ｓｏｕｒｃｅｓ，Ｔｉａｎｊｉｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｐｏｗｅｒ Ｓｏｕｒｃｅｓ，Ｔｉａｎｊｉｎ ３００３８ １，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ ｔｈｅｒｍａｌ ａｂｕｓｅ ｍｏｄｅｌ ｆｏｒ ａ ｌｉｔｈｉｕｍ—ｉｏｎ ｃｅｌｌ ｉｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｓｉｍｕｌａｔｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｔｈｅｒｍａｌ ａｂｕｓｅ ｆｏｒ ｌｉｔｈ－
ｉｕｍ—ｉｏｎ ｃｅｌｌｓ ａｒｏｕｎｄ ｄｉｆｅｒｅｎｔ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ．Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅ，ｔｈｅ ｍｏｄｅｌ ｉｓ ａｌｓｏ ｅｍｐｌｏｙｅｄ ｔｏ ｃａｌｃｕｌａｔｅ ｔｈｅｒｍａｌ ｒｕｎａｗａｙ
ｆｏｒ ｌｉｔｈｉｕｍ—ｉｏｎ ｃｅｌｌｓ ｉｎ ａｄｉａｂａｔｉｃ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｌｉｔｈｉｕｍ—ｉｏｎ ｃｅｌｌ；ｔｈｅｒｍａｌ ａｂｕｓｅ；ｔｈｅｒｍａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ
【责任编辑成文】
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