鋰離子動力電池強化傳熱關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、在能源短缺與環(huán)境保護的雙重壓力下,石油消耗最大的交通行業(yè),節(jié)能潛力巨大,任重道遠?；旌蟿恿ζ嚺c電動汽車等新能源汽車無疑成為未來汽車發(fā)展的方向,同時,制約整車性能的動力電池也面臨著新的機遇與挑戰(zhàn)。具有重量輕、體積小、比能量高等優(yōu)點的綠色電源鋰離子動力電池,將成為電動汽車的主要電源。本文在廣東省教育部產(chǎn)學研結(jié)合項目的支持下,根據(jù)溫度與鋰離子動力電池性能的關(guān)系,以方形LiFePO4電池為研究對象,通過實驗研究與數(shù)值模擬相結(jié)合的方法,對電池強

2、化傳熱關(guān)鍵技術(shù)進行了研究。
　　 首先,根據(jù)鋰離子動力電池的產(chǎn)熱機理,包括電池內(nèi)部SEI膜的分解、電解液分解、正極分解、負極與電解液的反應(yīng)、負極與粘合劑的反應(yīng)等化學反應(yīng)中的產(chǎn)熱,總結(jié)了產(chǎn)熱量、產(chǎn)熱速率以及熱量擴散的相應(yīng)計算方法,推算出采用相變材料或者液體冷卻技術(shù)對電池進行傳熱強化時所需要的相變材料或者液體冷卻介質(zhì)的質(zhì)量的計算方法,并結(jié)合LiFePO4電池特點進行簡化,構(gòu)建了數(shù)值計算的數(shù)學模型。
　　 其次,為提高相變材料

3、導熱系數(shù),采用超聲波分散處理的方法,制備了石蠟/石墨、石蠟/碳納米管復合相變材料,并用SEM、XRD、DSC對復合材料進行表征。通過導熱系數(shù)測試,分析兩種復合相變材料導熱性能。SEM分析表明,采用超聲處理的復合材料,石墨與碳納米管在石蠟中的分布更為均勻。XRD譜圖顯示,石蠟/石墨與石蠟/碳納米管復合材料的衍射峰位與石蠟以及石墨、碳納米管的衍射峰位對應(yīng),材料的復合改變衍射強度,而未出現(xiàn)新的相,復合材料的性能穩(wěn)定。DSC以及導熱系數(shù)的測試結(jié)

4、果表明,含石墨20％的石蠟/石墨復合材料的導熱系數(shù)較純石蠟提升1.91倍,達到0.789 W·m-1·K-1,總相變潛熱約為純石蠟的85％。含碳納米管3％的石蠟/碳納米管復合材料導熱系數(shù)比純石蠟提高41.3％,是含石墨20％的石蠟/石墨復合材料的導熱系數(shù)的48.5％。
　　 最后,對風冷以及相變材料冷卻兩種強化傳熱方式進行了實驗研究。構(gòu)建了動力電池性能測試平臺與溫度測量系統(tǒng),并對鋰離子動力電池進行大電流放電測試,實驗表明,放電電

5、流大于25A時,電池溫度超過50℃,最高溫差大于5℃；放電電流大于35A時,最高溫度與最大溫差繼續(xù)增大,電池性能明顯下降。根據(jù)數(shù)值模擬出的電池溫度分布,設(shè)計了電池風冷散熱系統(tǒng),并進行了風冷散熱實驗。實驗表明,放電電流小于30A時,風冷基本能使電池最高溫度低于50℃,但最大溫差依然在10℃左右。設(shè)計了采用相變材料冷卻的動力電池模塊,采用石蠟為相變材料,并對模塊電池進行放電測試。結(jié)果表明,電池最高點溫度低于石蠟的融化溫度區(qū)間上限,40A放電