方形电池典型问题和应对方法

方形电池典型问题和应对

1)侧面鼓胀问题

锂离子电池在充放电过程中电池的内部存在一定的压力(经验数据0.3～0.6MPa)，在相同的压力下，受力面积越大，电池壳壁的变形越严重。引起电池膨胀的重要原因：化成时形成SEI的过程中产生气体，电池内气压升高，由于方形电池平面结构耐压能力差，因此造成壳体变形;充电时电极材料晶格参数发生变化，造成电极膨胀，电极膨胀力作用于壳体，造成电池壳体变形;高温贮存时，少量电液分解及由于温度效应气

体压力增大，造成电池壳体变形。在以上三个原因中电极膨胀而引起的壳体膨胀是最主要原因。

方形电池的鼓胀问题是一个通病，特别是大容量方形锂离子电池更为严重，电池鼓胀会造成电池的内阻增加、局部的电液枯竭甚至壳体破裂，严重地影响了电池的安全性及循环寿命。

张超等人给出的方案，利用小结构形式，加强壳体强度;优化排列方式两个角度，解决方形电池鼓胀问题。

方形锂电池，容量放大后面临怎样的特性改变?"/>

加强壳体强度，把原来的平面壳体设计成加强结构，并以向壳体内部打压的方式，测试壳体加强结构设计的效果，按照固定方式的不同(固定长度方向和固定宽度方向)，分别测试。可以明显观察到加强结构的作用。以宽度固定情形为例，在0.3Mpa压力下，有加强结构的变形量为3.2mm，而没有加强结构的壳体变形量达到4.1mm，变形量降低了20%以上。

宽度固定条件下打压：

锂电池，容量放大后面临怎样的特性改变?"/>

长度固定条件下打压：

优化模组中电芯排列方式，研究人员对比了两种排列型式，如下图所示，变形量如下面表格所示。对比发现，排列方式Ⅱ的厚度方向变形量明显小于排列方式Ⅰ。

2)大型方形电池散热性能变差

随着单体体积的增大，电池内部发热部分距离壳体的距离越来越长，传导的介质、界面越来越多，使得散热变得困难，并且在单体上，热量分布不均的问题越来越明显。

吴伟雄等人进行了一项研究，实验采用3.2V/12Ah的方形锂离子电池，其基数如表1所示。电池充放电设备为新威CT-3001W-50V120ANTF,测试过程中环境温度为31℃，散热方式为空气冷却，用温度巡检仪记录电池的温度变化。实验步骤：

1)压充电，用12A电流给电池充电至充电截止电压3.65V止电流1.8A;

2)搁置，充电后搁置1小时以使电池稳定;

3)恒流放电，以不同的倍率放电至放电截止电压2V。其中，放电倍率分别按为1C、2C、3C、4C、5C、6C设定。

如下图所示，为不同放电倍率下电池表面的温度变化，可以看到，随着倍率增加，温度也越来越高，各放电倍率对应的电池表面最高温度分别为38.1、48.3、56.7、64.4、72.2、76.9℃。3C倍率放电时，最高温度已超过50℃。6C时温度达到了76.9℃且超过50℃的时间为470s，占到了整个放电过程的三分之二，这对于电池安全持续工作非常不利。

利用相变材料作为导热介质，附着在单体电芯表面，散热效果得到大幅度改善。

施加导热材料后的温升对比如下图所示：

另外，也有方案，将导热材料与水冷相结合，让水冷系统把导热材料吸收过来的热量传递到系统外部去，其形式如下图所示：

锂电池系统，对于防止热失控问题，最理想的就是能够直接检测到每一颗电芯的参数(最基本的温度，电压、电流等)，这样的话，即使没有新型物美价廉功能好的新型传感器出现，对热失控的预警和处置也都会成为可能。系统内电芯数量少，这应该是方形电池重要的竞争力之一。