鋰離子電池的案例
鋰離子電池設(shè)計(jì)中的熱分析
正如在這份有關(guān) 模擬鋰離子電池的白皮書中所指出的那樣，分解反應(yīng)會(huì)放熱，也就是說(shuō)，一旦這一過(guò)程開(kāi)始，溫度就會(huì)持續(xù)上升并加劇分解反應(yīng)，這就是熱失控現(xiàn)象。熱的逸散就是一種潛在的火災(zāi)危險(xiǎn)來(lái)源。
通過(guò)模擬與仿真改進(jìn)鋰離子電池設(shè)計(jì)
在 COMSOL Multiphysics 的幫助下，您可以觀察并更好地理解鋰離子電池內(nèi)的溫度分布。在電池與燃料電池模塊中的三維柱狀鋰離子電池的傳熱模擬中，耦合了鋰離子電池的傳熱化學(xué)和離子流動(dòng)。使用共軛傳熱接口研究了該三維鋰離子電池傳熱模型中的空氣冷卻。
傳熱模型的組成部分。
下面的模型顯示了經(jīng)過(guò) 1,500 秒的充電后，電池溫度和流動(dòng)的流線。最高溫度位于電池活性材料中，越靠近熱絕緣端的溫度越低。因此，電池中的該區(qū)域更容易發(fā)生老化和降解。
鋰離子電池中的溫度分布。
展開(kāi) 鋰離子動(dòng)力電池壽命預(yù)測(cè)的研究進(jìn)展
由于公眾號(hào)很多朋友留言對(duì)鋰離子動(dòng)力電池的興趣，期望可以對(duì)動(dòng)力鋰離子電池相關(guān)技術(shù)進(jìn)行更多學(xué)習(xí)，本公眾號(hào)秉持著非盈利且對(duì)知識(shí)分享的想法，對(duì)福建農(nóng)林大學(xué)的劉嘉、晏裕康等撰寫的文章《鋰離子動(dòng)力電池壽命預(yù)測(cè)的研究進(jìn)展》進(jìn)行分享，更多詳情請(qǐng)感興趣的朋友可以從知網(wǎng)或其他平臺(tái)中及電源技術(shù)期刊下載完整文章，文章DOI
號(hào)為《
10.3969/j.issn.1002-087X.2022.02.005
》。
文章分享如下，
鋰離子電池具有能量密度高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、自放電率低、無(wú)記憶等優(yōu)點(diǎn)。但是鋰離子電池循環(huán)壽命短的問(wèn)題制約了電動(dòng)汽車的應(yīng)用與推廣，所以有必要對(duì)鋰離子電池循環(huán)壽命的影響因素進(jìn)行分析，同時(shí)對(duì)鋰離子電池的健康狀態(tài)(SOH)估計(jì)進(jìn)行評(píng)估，對(duì)其壽命進(jìn)行預(yù)測(cè)，對(duì)系統(tǒng)安全、防止災(zāi)難事故有著重大意義。
1、影響因素
鋰離子電池壽命的影響因素主要包括：外部影響因素，例如荷電狀態(tài)、溫度、充放電倍率、電池單體的不一致性、電池內(nèi)阻等；電池內(nèi)部的老化，造成鋰離子電池性能降低和剩余容量衰減。
展開(kāi) “COMSOL多物理場(chǎng)耦合仿真技術(shù)與應(yīng)用-鋰離子電池”篇
“COMSOL多物理場(chǎng)耦合仿真技術(shù)與應(yīng)用-鋰離子電池”
1. COMSOL 仿真基礎(chǔ)
1.1 數(shù)值仿真基本要素及其在 COMSOL 中的對(duì)應(yīng)
1.1.1 模型參數(shù)與變量
1.1.2 物理場(chǎng)添加及電解條件設(shè)置
1.1.3 模型構(gòu)建與網(wǎng)格劃分
1.1.4 求解器類型與設(shè)置
1.1.5 后處理及數(shù)據(jù)分析
1.2 COMSOL 中鋰離子電池接口介紹
1.2.1 電池基本物理過(guò)程及控制方程
1.2.2 常用電池邊界條件及初始條件
1.2.3 常用電池電極材料參數(shù)設(shè)置
2. 鋰離子電池 P2D 模型
2.1 P2D 模型的理解與分析
2.2 COMSOL 中電池 P2D 模型構(gòu)建
2.2.1 模型參數(shù)輸入
2.2.2 模型構(gòu)建及模型材料設(shè)置
2.2.3 電池物理方程及參數(shù)設(shè)置
2.2.4 網(wǎng)格劃分與求解器設(shè)置
2.3 電池典型充放電過(guò)程仿真及后處理技巧
3. 鋰離子電池電化學(xué)-熱耦合模型
3.1 P2D 電化學(xué)模型與電池熱模型耦合
3.2 電池集總參數(shù)模型及其與電池熱模型耦合
3.3 兩種電池電(化學(xué))-熱耦合模型的區(qū)別及應(yīng)用場(chǎng)景
3.4 圓柱形或方形鋰離子電池建模及仿真演示 (二選一)
4. 鋰離子電池衰退模型及仿真
4.1 COMSOL 中電池充放電循環(huán)仿真
4.1.1 電池充放電循環(huán)邊界條件設(shè)置
4.1.2 電池加速衰退設(shè)置
4.1.3 電池充放電循環(huán)仿真后處理技巧
4.2 鋰離子電池常見(jiàn)衰退現(xiàn)象及其數(shù)學(xué)描述
4.2.1 負(fù)極 SEI 膜增厚過(guò)程仿真
4.2.2 活性鋰損失計(jì)算
4.3 鋰離子電池衰退模型構(gòu)建及仿真演示
5.
展開(kāi) 鋰離子電池制造工藝仿真技術(shù)進(jìn)展
摘要: 鋰離子電池的綜合性能不僅取決于材料和結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新，還與制造工藝及相關(guān)設(shè)備技術(shù)的進(jìn)步息息相關(guān)。目前電池制造廠商針對(duì)不同體系的電池工藝開(kāi)發(fā)多采用窮舉法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)試錯(cuò)，在工藝仿真技術(shù)方面還存在較大的發(fā)展空間。面向電池高質(zhì)量制造發(fā)展和數(shù)智化升級(jí)的行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)，本文結(jié)合宏觀電池制造設(shè)備和微觀電池電極結(jié)構(gòu)兩個(gè)角度，對(duì)電池制造工藝仿真研究現(xiàn)狀進(jìn)行了系統(tǒng)總結(jié)，分析了各工序工藝仿真技術(shù)機(jī)理研究、結(jié)構(gòu)發(fā)展及應(yīng)用前景，并進(jìn)一步指出當(dāng)前研究的不足及未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，旨在為優(yōu)化鋰離子電池的制造流程和提高其綜合性能提供理論參考。
關(guān)鍵詞: 鋰離子電池 ; 電極制造 ; 電池制造工藝仿真 ; 電極微觀結(jié)構(gòu) ; 電池制造設(shè)備
前言
能源存儲(chǔ)是人類在21世紀(jì)面臨的重大挑戰(zhàn)之一［1］，作為電動(dòng)汽車的主要儲(chǔ)能設(shè)備，鋰離子電池以其優(yōu)異的電化學(xué)性能及經(jīng)濟(jì)性表現(xiàn)在全球儲(chǔ)能設(shè)備中發(fā)揮著不可替代的作用［2］。為進(jìn)一步提高鋰離子電池的綜合表現(xiàn)，探究鋰離子制造工藝參數(shù)與電極微觀結(jié)構(gòu)以及電池整體電化學(xué)性能之間的相對(duì)關(guān)系，基于此建立對(duì)應(yīng)的模型化表達(dá)已成為目前行業(yè)的研究熱點(diǎn)之一［3-4］。近年來(lái)學(xué)界對(duì)鋰離子電池單體、模組、電池包及整車系統(tǒng)的宏觀仿真模擬發(fā)展已趨于成熟［5-6］，但在微觀尺度下依據(jù)鋰離子電池各制造工藝機(jī)理進(jìn)行建模并探究對(duì)電池性能影響的研究仍在起步階段［7］。探究電池制造工藝對(duì)電極結(jié)構(gòu)的影響，并建立電極微觀結(jié)構(gòu)與鋰離子電池整體電化學(xué)性能的關(guān)系，以此為基礎(chǔ)對(duì)鋰離子電池制造工藝流程進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)顯得尤為重要［8］，圖1所示為鋰離子電池從電極材料選擇到整車系統(tǒng)設(shè)計(jì)的多尺度處理和仿真示意圖。
圖1 鋰離子電池制造從材料探究到系統(tǒng)設(shè)計(jì)的多尺度處理和模擬示意圖
鋰離子電池本身是一個(gè)極復(fù)雜的電化學(xué)系統(tǒng)，其性能受到多個(gè)物理場(chǎng)內(nèi)不同因素的影響，表現(xiàn)出時(shí)變性和不可觀測(cè)性［10］。
展開(kāi) 
有望成為鋰離子電池下一代的隔膜材料—PI
【前言】
鋰離子電池因其高能量密度和長(zhǎng)循環(huán)壽命等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于移動(dòng)電子設(shè)備和動(dòng)力裝置中，然而，特斯拉事件、三星手機(jī)事件等，頻繁發(fā)生的鋰離子電池安全事故逐漸引起了人們的關(guān)注。其中，隔膜（圖2）作為鋰離子電池的重要組成部分之一，可提供鋰離子傳輸通道，并且可防止正、負(fù)極接觸發(fā)生短路，對(duì)鋰離子電池的安全性具有非常重要的影響。鋰離子電池隔膜要滿足如下幾個(gè)條件：
（1）具有電子絕緣性，保證正負(fù)極的機(jī)械隔離；
（2）有一定的孔隙率和孔徑，保證低的電阻和高的離子電導(dǎo)率，對(duì)鋰離子有很好的透過(guò)性；
（3）耐電解液腐蝕，電化學(xué)穩(wěn)定性好；
（4）對(duì)電解液的浸潤(rùn)性好并具有足夠的吸液保濕能力；
（5）具有足夠的力學(xué)性能，包括穿刺強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度等；
（6）空間穩(wěn)定性和平整性好；
（7）熱穩(wěn)定性能好。
圖1電動(dòng)汽車失火 ；圖2鋰離子電池的構(gòu)造。
鋰離子電池以其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)迅速地占據(jù)了傳統(tǒng)電池的市場(chǎng)而得到廣泛的應(yīng)用，移動(dòng)電話、手提電腦、照相機(jī)、攝像機(jī)等電子和信息產(chǎn)品現(xiàn)在都已采用鋰離子電池作為電源。但在一些高端的應(yīng)用領(lǐng)域，如動(dòng)力電池等容量較大的鋰離子電池方面的應(yīng)用還沒(méi)有得到推廣和普及。很重要的一個(gè)原因就是現(xiàn)有的鋰離子隔膜的性能還沒(méi)能滿足作為高端電池隔膜的要求。高端電池對(duì)隔膜的要求：
（1）高溫安全性
（2）高倍率充放電性能
（3）高循環(huán)使用壽命。
聚烯烴類隔膜在高溫下能夠發(fā)生閉孔，進(jìn)而阻止熱量進(jìn)一步擴(kuò)散，是現(xiàn)在使用最廣泛的鋰離子電池隔膜。當(dāng)前應(yīng)用最廣泛的聚烯烴隔膜材料是聚乙烯（PE）和聚丙烯（PP），其在100℃以上就發(fā)生軟化變形。聚烯烴類聚合物的耐熱性能差，在過(guò)充過(guò)放、快速充放或高溫下可能會(huì)熔化，造成短路起火，甚至爆炸。另一方面，聚烯烴隔膜還存在電解液浸潤(rùn)性不足的問(wèn)題。
展開(kāi) COMSOL Multiphysics在鋰離子電池中的應(yīng)用（下）
3 總結(jié)和展望
在鋰離子電池的研究中，仍存在許多科學(xué)問(wèn)題尚未解決，這些問(wèn)題嚴(yán)重影響著鋰離子電池的安全性能和使用壽命。例如，鋰枝晶的生長(zhǎng)演化、SEI膜的形成和破裂演化、正極顆粒在循環(huán)中的破裂、電池壽命預(yù)測(cè)、熱失控、以及電池組的電池狀態(tài)實(shí)施監(jiān)測(cè)和管理等問(wèn)題。這些問(wèn)題涉及到電場(chǎng)、濃度場(chǎng)、力場(chǎng)和溫度場(chǎng)等多個(gè)物理場(chǎng)之間的耦合，很難通過(guò)單一的實(shí)驗(yàn)表征手段對(duì)各個(gè)驅(qū)動(dòng)力進(jìn)行分別觀測(cè)，更難以給出多場(chǎng)耦合的綜合結(jié)果。COMSOL Multiphysics提供了一個(gè)高效、便利、可行的工具，通過(guò)內(nèi)置的模型和物理場(chǎng)，大大簡(jiǎn)化了多場(chǎng)耦合復(fù)雜模型的建立，并可以自動(dòng)解析偏微分方程，對(duì)于給定的物理現(xiàn)象、演化過(guò)程和邊界條件，進(jìn)行定量化展現(xiàn)，最終將電池中的各種空間分布和時(shí)間演化的現(xiàn)象、多驅(qū)動(dòng)
力共同作用下的演變機(jī)理，可視化地呈現(xiàn)在人們眼前。本文綜述了COMSOL Multiphysics在電解質(zhì)、正極、負(fù)極、界面和電池組等不同尺度研究中的應(yīng)用，如圖9所示：在微觀尺度上，是以納米和微米顆粒來(lái)建模并分析其中的物理問(wèn)題，如正極材料內(nèi)的離子/電子的擴(kuò)散、空間電荷層的分布、SEI的電場(chǎng)分布、顆粒內(nèi)的電化學(xué)應(yīng)力等問(wèn)題；在介觀至宏觀的空間尺度上，是以微型電池和電池內(nèi)部組件(正極、電解質(zhì)、負(fù)極)來(lái)建模，該尺度上涉及包括鋰離子的通量分布、鋰枝晶的生長(zhǎng)、鋰沉積產(chǎn)生的應(yīng)力、厚電極中的極化、SEI的形貌演化和鋰離子的擴(kuò)散和遷移等問(wèn)題；在更宏觀尺度上，是以電池組來(lái)建模，分析電池熱膨脹、電池熱失控、電池散熱系統(tǒng)、電池壽命的估算以及電池安全檢測(cè)等問(wèn)題。
圖9 利用COMSOL Multiphysics模擬電池中的多尺度問(wèn)題。
電池中的空間分布和時(shí)間演化問(wèn)題在實(shí)驗(yàn)上往往難以進(jìn)行準(zhǔn)確的表征。
展開(kāi) 日本鋰離子電池進(jìn)化：續(xù)航將超1000里
據(jù)《日本經(jīng)濟(jì)新聞》12月27日?qǐng)?bào)道，1次充電可行駛相當(dāng)于東京至大阪的500公里的鋰離子電池技術(shù)開(kāi)發(fā)在日本正日趨活躍。積水化學(xué)工業(yè)的技術(shù)已經(jīng)具備取得突破的頭緒，旭化成也已接近。均能采用現(xiàn)有的電極，預(yù)計(jì)到本世紀(jì)20年代前半期實(shí)現(xiàn)實(shí)用化。日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省將扶持充分發(fā)揮電池性能的技術(shù)開(kāi)發(fā)。在世界范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)向純電動(dòng)汽車(EV)的趨勢(shì)正在加速，如果作為課題的續(xù)航距離大幅延長(zhǎng)，以鋰離子電池為主角的時(shí)代或?qū)⒗^續(xù)持續(xù)。
如果在完全充電狀態(tài)下可行駛500公里，將匹敵汽油車的性能。日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省等認(rèn)為這是純電動(dòng)汽車普及的條件之一，提出2030年達(dá)成的目標(biāo)。純電動(dòng)汽車迅速普及的中國(guó)結(jié)束了對(duì)續(xù)航距離低于150公里的車型的補(bǔ)貼，增加了續(xù)航距離長(zhǎng)的車型的補(bǔ)貼。
鋰離子電池于1991年商品化，被用于筆記本電腦和攝像機(jī)等。2009年被用于量產(chǎn)型純電動(dòng)汽車。完全充電可行駛的距離在200公里左右。一般認(rèn)為2010年代初以當(dāng)時(shí)的技術(shù)難以達(dá)到500公里，到2030年前后將被全固體電池等新一代電池取代。
新一代電池的開(kāi)發(fā)在世界范圍內(nèi)日趨活躍，但技術(shù)上的課題很多。另一方面，鋰離子電池的技術(shù)開(kāi)發(fā)取得進(jìn)展，500公里的突破日趨具有現(xiàn)實(shí)可能性。研究人員等預(yù)測(cè)“鋰離子電池還能繼續(xù)使用10年左右”。
鋰離子電池通過(guò)鋰離子在正負(fù)電極間移動(dòng)來(lái)產(chǎn)生電力和進(jìn)行充電。要增加電池的容量，有必要增加電極中存儲(chǔ)的離子，或減少內(nèi)部電阻，使電子通過(guò)更加容易。
積水化學(xué)開(kāi)發(fā)的是用于正極的技術(shù)，在加入的炭材料的結(jié)構(gòu)上下功夫，使電子流動(dòng)更容易。擴(kuò)大正極之中電子通過(guò)的通道，電子流動(dòng)更加順暢，達(dá)到以往的10倍左右。除了大量獲得發(fā)生的電流之外，電極不易損壞，耐久性得到提高。
將使正極加厚，以便更多取得鋰離子。在實(shí)驗(yàn)中，電池的容量提高了3成左右。可將續(xù)航距離從現(xiàn)在的400公里提高至超過(guò)500公里的水平。
展開(kāi) 鋰離子電池充電器擴(kuò)流電路設(shè)計(jì)應(yīng)用
小型便攜式電子產(chǎn)品采用的鋰離子電池或鋰聚合物電池的容量較小，大部分在400~1000mAh范圍內(nèi)，與之配套的充電器的最大充電電流為450~1000mAh.由于電流不大，一般采用線性充電器。鋰離子電池的不足之處在于對(duì)充電器要求比較苛刻，需要保護(hù)電路。鋰離子電池要求的充電方式是恒流恒壓方式，為有效利用電池容量，需將鋰離子電池充電至最大電壓，但是過(guò)壓充電會(huì)造成電池損壞，這就要求較高的控制精度。另外，對(duì)于電壓過(guò)低的電池需要進(jìn)行預(yù)充，充電器最好帶有熱保護(hù)和時(shí)間保護(hù)，為電池提供附加保護(hù)。因此，安全有效的鋰離子電池充電器對(duì)于鋰離子電池來(lái)說(shuō)就是必須而且是必要的。
鋰電池充電器外接限流型充電電源和P溝道場(chǎng)效應(yīng)管，可以對(duì)單節(jié)鋰離子電池進(jìn)行安全有效的快充，其最大特點(diǎn)是在不使用電感的情況下仍能做到很低的功率耗散，采用8腳μMAX封裝。充電控制精度達(dá)0.75%,可以實(shí)現(xiàn)預(yù)充電，具有過(guò)壓保護(hù)和溫度保護(hù)功能，最長(zhǎng)充電時(shí)間限制為鋰離子電池提供二次保護(hù)，鋰離子電池充電器的浮充方式能夠使電池容量充至最大。當(dāng)充電電源和電池在正常的工作溫度范圍內(nèi)時(shí)，插入電池將啟動(dòng)一次充電過(guò)程；充電結(jié)束的條件是平均的脈沖充電電流達(dá)到快充電流的1%,或時(shí)間超出片上預(yù)置的充電時(shí)間。鋰離子電池充電器能夠自動(dòng)檢測(cè)充電電源，沒(méi)有電源時(shí)自動(dòng)關(guān)斷以減少電池的漏電。啟動(dòng)快充后打開(kāi)外接的P型場(chǎng)效應(yīng)管，當(dāng)檢測(cè)到電池電壓達(dá)到設(shè)定的門限時(shí)進(jìn)入脈沖充電方式，P溝道場(chǎng)效應(yīng)管打開(kāi)的時(shí)間會(huì)越來(lái)越短，充電結(jié)束時(shí)，LED指示燈將會(huì)按12%的周期閃爍。
近年來(lái)，一些用電量稍大的便攜式電子產(chǎn)品（如便攜式DVD、礦燈、攝像機(jī)、便攜式測(cè)量?jī)x器、小型電動(dòng)工具等）往往采用1500mAh到5400mAh容量的鋰離子電池。若采用500~1000mA充電電流充電器充電，則充電時(shí)間太長(zhǎng)。
展開(kāi) 鋰離子蓄電池 GB/T36972檢測(cè)
GB/T 36972-2018《電動(dòng)自行車用鋰離子蓄電池》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)于2018年12月28日正式發(fā)布，將于2019年07月01日正式實(shí)施，該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)推動(dòng)電動(dòng)自行車用鋰離子電池綜合標(biāo)準(zhǔn)化工作及電動(dòng)自行車鋰離子電池推廣應(yīng)用具有重要意義和作用，從此我國(guó)電動(dòng)自行車鋰電池行業(yè)有了統(tǒng)一的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)將成為后續(xù)質(zhì)檢單位行業(yè)監(jiān)管及企業(yè)質(zhì)量控制的重要文件。
電動(dòng)自行車3C強(qiáng)制認(rèn)證及鋰電取代鉛酸的大背景下，GB/T36972標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布備受市場(chǎng)關(guān)注。全部項(xiàng)目檢測(cè)需要樣品16組，分為電性能測(cè)試、安全測(cè)試、安全保護(hù)能力測(cè)試、組合外殼安全測(cè)試四大部分，標(biāo)準(zhǔn)未對(duì)電芯進(jìn)行質(zhì)量要求，建議后續(xù)可參照GB31241對(duì)其電芯進(jìn)行測(cè)試。
電動(dòng)自行車用鋰離子蓄電池與傳統(tǒng)的鉛酸蓄電池相比，在安全性、性價(jià)比、互換性和回收處理等方面還存在一些問(wèn)題。此次工信部正式發(fā)布出臺(tái)的GB/T 36972-2018《電動(dòng)自行車用鋰離子蓄電池》新的標(biāo)準(zhǔn)體系以鋰離子蓄電池為核心，主要從電芯及電池組、附件及部件和電動(dòng)自行車應(yīng)用等方面完善優(yōu)化，以促進(jìn)鋰離子電池在電動(dòng)自行車市場(chǎng)中的應(yīng)用。
此次同時(shí)發(fā)布的還有其他幾項(xiàng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)：
1.GB/T 36943-2018《電動(dòng)自行車用鋰離子蓄電池型號(hào)命名與標(biāo)志要求》
2.GB/T 36945-2018《電動(dòng)自行車用鋰離子蓄電池詞匯》
3.GB/T 36944-2018《電動(dòng)自行車用充電器技術(shù)要求》
電動(dòng)自行車用充電器是使用極為廣泛的民用品，同時(shí)它也是新能源中主要的組成部分，由于充電器質(zhì)量問(wèn)題，可能直接導(dǎo)致被充電的鉛酸或鋰離子電池損壞，甚至引起人生、財(cái)產(chǎn)安全事故。
展開(kāi) 鋰離子單體電池仿真熱分析
01
鋰離子電池因其低成本、高性能、大功率、綠環(huán)境等諸多優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)已成為新能源的典型代表，廣泛應(yīng)用于3C數(shù)碼產(chǎn)品、移動(dòng)電源以及電動(dòng)汽車等領(lǐng)域。
隨著鋰離子電池的不斷推廣，鋰離子電池的安全性越來(lái)越受到人們的關(guān)注，由于電池本身技術(shù)原因或是使用不當(dāng)?shù)葐?wèn)題都可能會(huì)造成鋰離子電池爆炸，引起火災(zāi)等安全事故。尤其近幾年以電動(dòng)汽車為主的電動(dòng)交通工具市場(chǎng)對(duì)鋰離子電池的需求不斷加大，在發(fā)展大功率鋰離子電池體系過(guò)程中，電池安全問(wèn)題引起了廣泛重視，存在的問(wèn)題急需進(jìn)一步解決。
鋰離子電池熱失控過(guò)程
近幾年出現(xiàn)的電池熱失控引起的火災(zāi)的案例中，都是由于電池的生熱速率遠(yuǎn)高于散熱速率，且熱量大量累積而未及時(shí)散發(fā)出去所引起的。
展開(kāi) 本田研發(fā)出新電池技術(shù) 能量密度是鋰離子電池10倍
據(jù)汽車新聞網(wǎng)站Left Lane News報(bào)道，本田一科學(xué)家團(tuán)隊(duì)表示已經(jīng)研發(fā)出了一種新型電池技術(shù)，能量密度是鋰離子電池技術(shù)的10倍以上，今后新技術(shù)可以代替鋰離子電池，成為電動(dòng)汽車能量來(lái)源的新選擇。
本田研究所（Honda Research）、加州理工學(xué)院（California Institute of Technology）與NASA噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室（Jet Propulsion Lab）的科學(xué)家們周四宣布，他們研發(fā)出了一種更為溫度穩(wěn)定型的氟化物離子（fluoride-ion）電池技術(shù)。新技術(shù)生產(chǎn)的電池不僅是當(dāng)前鋰離子電池能量密度的10倍以上，而且它還可以更好的適應(yīng)環(huán)境。
氟化物離子電池技術(shù)其實(shí)并不是新技術(shù)，但是本田及其合作伙伴研發(fā)出了該技術(shù)的一種更為穩(wěn)定版本。先前的氟化物離子電池技術(shù)的運(yùn)行溫度需要超過(guò)300度；而本田研發(fā)的氟化物離子電池技術(shù)在室溫條件下即可有效運(yùn)轉(zhuǎn)。此外，技術(shù)所需的原料可以從土地中直接提取，環(huán)境影響非常小。
本田研究所首席科學(xué)家克里斯托夫·布魯克斯博士（Dr. Christopher Brooks）表示：“氟化物離子電池技術(shù)提供了一種前景可觀的全新電池化學(xué)技術(shù)，其能量密度要比現(xiàn)有鋰離子電池高10倍之多。與鋰離子電池相比，氟化物離子電池并不用擔(dān)心過(guò)熱的問(wèn)題，對(duì)原料提取也沒(méi)有太多的要求，與鋰和鈷等電池原料的獲取相比，其環(huán)境影響非常的小。”
雖然技術(shù)還需要繼續(xù)改進(jìn)，但是本田認(rèn)為氟化物離子電池技術(shù)將是未來(lái)技術(shù)，可以應(yīng)用于電動(dòng)汽車以及其他更小的能源產(chǎn)品。
來(lái)源：網(wǎng)易汽車
展開(kāi) 
：嵌段共聚物選擇性溶脹制備高性能、更安全的鋰離子電池隔膜
鋰離子電池以高能量密度、優(yōu)異的充放電循環(huán)性能、低記憶效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)，在便攜式電子設(shè)備、電動(dòng)汽車、大型電源和儲(chǔ)能設(shè)備中得到了廣泛的應(yīng)用。隔膜作為鋰離子電池的重要組成部分，對(duì)鋰離子電池的性能影響顯著。隔膜可以有效絕緣正負(fù)極活性物質(zhì)的直接接觸，避免短路，同時(shí)能確保電解液中離子在膜兩側(cè)自由遷移。然而，目前商業(yè)化聚烯烴隔膜由于孔隙率低、浸潤(rùn)性差和吸液率低等不足，嚴(yán)重制約了鋰離子電池的進(jìn)一步發(fā)展。同時(shí)，聚烯烴隔膜熱穩(wěn)定性較差，在高溫下易發(fā)生收縮，導(dǎo)致電池短路，引發(fā)嚴(yán)重的安全問(wèn)題。
南京工業(yè)大學(xué)汪勇教授課題組設(shè)計(jì)了一種由高強(qiáng)度、親電解液的聚砜（PSF）、親Li+的聚乙二醇（PEG）通過(guò)強(qiáng)共價(jià)鍵連接的嵌段共聚物（SFEG），借助前期發(fā)展的選擇性溶脹致孔方法（Acc. Chem. Res. 2016, 49, 1401-1408），制備了高性能SFEG鋰離子電池隔膜（圖1）。SFEG隔膜有效地集成了PSF和PEG的優(yōu)點(diǎn)，賦予隔膜良好的浸潤(rùn)性和熱穩(wěn)定性（圖2）。同時(shí)，當(dāng)溫度上升至125°C時(shí)，隔膜的多孔結(jié)構(gòu)閉合，使鋰離子電池具有熱關(guān)斷能力。在室溫下，SFEG隔膜的電解液吸液率高達(dá)501%，離子電導(dǎo)率為10.1 mS/cm。這些關(guān)鍵性能指標(biāo)均優(yōu)于傳統(tǒng)聚丙烯隔膜（Celgard 2400）。使用SFEG隔膜組裝的鋰離子電池放電容高于Celgard 2400，并展現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)性能（圖3）。
展開(kāi) 鋰離子電池充放電循環(huán)期間的熱效應(yīng) ￥500
<p>熱管理對(duì)于電池安全性和確保其較長(zhǎng)使用壽命來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。高溫通常會(huì)加快電池的 退化速度，縮短電池的使用壽命，因此功率較高的應(yīng)用可能需要主動(dòng)式冷卻。熱管理 的另一個(gè)方面是需要避免單個(gè)電池或電池組中出現(xiàn)較大的溫度梯度，因?yàn)檫@樣可能會(huì) 導(dǎo)致電流密度和老化程度不均勻。 鋰離子電池因其不同的長(zhǎng)度尺度和幾何的復(fù)雜性，需要考慮上述幾點(diǎn)。形成電池單元 的各層在層法向的尺寸通常為數(shù)十微米，但在電池片方向達(dá)數(shù)十厘米，且通常纏繞成 多層幾何。就實(shí)際使用的電池或電池組而言，幾何尺寸可能達(dá)到數(shù)厘米至數(shù)米 （對(duì)于 電動(dòng)汽車的情況），可以由數(shù)以百計(jì)的單電池組成。使用全三維化學(xué)電池模型求解這些 幾何的計(jì)算量相當(dāng)大。 但是，由于鋰離子電池各組件的熱導(dǎo)率相對(duì)于生成的熱量來(lái)說(shuō)相當(dāng)高，因此在許多情 況下我們可以假定電池的溫度分布相當(dāng)均勻。此外，如果較小的溫度變化沒(méi)有對(duì)電池 的化學(xué)性質(zhì)產(chǎn)生嚴(yán)重影響，則基于電池的平均溫度，使用集總模型來(lái)描述電池的化學(xué) 性質(zhì)幾乎不會(huì)對(duì)其中具體的細(xì)節(jié)產(chǎn)生影響。 </p><p>本案例模擬充放電循環(huán)期間以及隨后松弛階段的鋰離子電池。集總電 池模型用于對(duì)電池單元化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行建模，二維軸對(duì)稱模型用于對(duì)電池溫度進(jìn)行建模。
展開(kāi) 鋰離子電池膨脹分析
鋰離子電池作為電化學(xué)儲(chǔ)能的載體，在使用過(guò)程中不斷發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致鋰離子電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部形狀發(fā)生變化。鋰離子電池在多次充放電循環(huán)過(guò)程中，一系列的物理化學(xué)變化會(huì)在電池內(nèi)部形成壓力效應(yīng)。
鋰離子電池膨脹分為可逆膨脹和不可逆膨脹：鋰離子的嵌入和脫嵌導(dǎo)致電池材料的膨脹與收縮引起的可逆膨脹；不可逆的反應(yīng)沉淀物導(dǎo)致電池電極體積增加永久膨脹。實(shí)際工程應(yīng)用中，鋰離子電池內(nèi)部顆粒膨脹最終表現(xiàn)為宏觀的電芯體積變化，因而可以從電芯層級(jí)的膨脹入手，可減小模型的復(fù)雜程度。
那么如何測(cè)量電芯膨脹？
現(xiàn)階段常規(guī)方法是用千分尺測(cè)量電芯厚度變化，或者精確一點(diǎn)設(shè)備就是激光位移測(cè)量。
如何確定電芯膨脹系數(shù)？
在很多學(xué)者研究中，可將電芯膨脹和熱膨脹類似，因此模擬采用了熱膨脹分析，那么電芯膨脹系數(shù)的獲得就是熱膨脹系數(shù)的獲得，需要注意的是電芯膨脹包含了鋰離子嵌入負(fù)極產(chǎn)生的膨脹和熱膨脹兩方面。涉及內(nèi)容很多，這里一時(shí)說(shuō)不完。常規(guī)的實(shí)驗(yàn)做法是測(cè)量電芯在充電在厚度方向的應(yīng)變，同時(shí)觀測(cè)電芯溫升，有了這兩方面數(shù)據(jù)就可以得出等效熱膨脹系數(shù)，這是有研究論證的。
涉及學(xué)科：要做到精確的電芯膨脹那就涵蓋了電化學(xué)、熱、結(jié)構(gòu)這三方面，電化學(xué)分析主要分析電芯內(nèi)部反應(yīng)變化，可獲得精確熱量分布；熱分析就是要確定電芯溫度分布，電芯實(shí)際發(fā)熱是不均勻的，特別是成組后；結(jié)構(gòu)分析就是強(qiáng)度這些了
總之，膨脹對(duì)現(xiàn)在大容量電芯影響較大，特別是成組后，需要有合適的熱管理和結(jié)構(gòu)防護(hù)。
展開(kāi) 時(shí)代新型鋰離子電池項(xiàng)目正式開(kāi)工，寧德時(shí)代深度布局廈門
12月20日，寧德時(shí)代發(fā)布官方消息稱，時(shí)代新型鋰離子電池項(xiàng)目已于12月19日在廈門正式開(kāi)工。據(jù)悉，時(shí)代新型鋰離子電池項(xiàng)目（一期）位于火炬高新區(qū)同翔高新城洪塘北片區(qū)地塊，總投資70億元，總建筑面積約71萬(wàn)平方米，擬建設(shè)新型鋰離子電池動(dòng)力電池生產(chǎn)基地。
時(shí)代新型鋰離子電池項(xiàng)目開(kāi)工儀式；圖片來(lái)源：廈門日?qǐng)?bào)
一個(gè)多月前，寧德時(shí)代公布了這一項(xiàng)目。根據(jù)當(dāng)時(shí)的公告，廈門時(shí)代鋰離子電池生產(chǎn)基地項(xiàng)目（一期）規(guī)劃用地面積約1000畝，建設(shè)期預(yù)計(jì)不超過(guò)26個(gè)月，主要建設(shè)鋰離子電池生產(chǎn)線，項(xiàng)目投資主體為廈門時(shí)代新能源科技有限公司。寧德時(shí)代在公告中指出，此次投資建設(shè)生產(chǎn)基地事項(xiàng)符合公司戰(zhàn)略發(fā)展規(guī)劃，將進(jìn)一步完善公司產(chǎn)能布局，滿足公司未來(lái)業(yè)務(wù)發(fā)展和市場(chǎng)拓展的需要。
而在此次項(xiàng)目開(kāi)工儀式上，寧德時(shí)代聯(lián)合創(chuàng)始人、副董事長(zhǎng)李平進(jìn)一步表示，寧德時(shí)代將聚合核心資源和能力，以及全球燈塔工廠建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，力爭(zhēng)將項(xiàng)目打造成為全球領(lǐng)先的綠色工廠、智慧工廠、數(shù)字工廠，同時(shí)寧德時(shí)代還將積極為廈門新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展引入上下游產(chǎn)業(yè)鏈資源，不斷提升技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)協(xié)作力度，助力廈門成為我國(guó)新能源產(chǎn)業(yè)的重要一極。
事實(shí)上，寧德時(shí)代已經(jīng)就此作了多項(xiàng)布局。據(jù)蓋世汽車了解，近兩年寧德時(shí)代在廈門參投設(shè)立多家企業(yè)。
具體來(lái)看，去年9月，廈門時(shí)代思康新能源研究院有限公司成立，注冊(cè)資本2000萬(wàn)元，其中寧德時(shí)代持股比例為35%。同年12月，寧德時(shí)代和另一家A股上市公司宏大爆破等在廈門成立合資公司——福建宏大時(shí)代新能源科技有限公司，寧德時(shí)代持股比例為26%。今年5月，寧德時(shí)代與博裕天寧、博裕安華、淳裕等共同簽署了《博裕四期(廈門)股權(quán)投資合伙企業(yè)(有限合伙)有限合伙合同》。
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