【锂电池热失控问题研究的国内外文献综述3900字】

锂电池热失控问题研究的国内外文献综述目录TOC\o"1-3"\h\u19614锂电池热失控问题研究的国内外文献综述 157411.1国外研究现状 1190221.2国内研究现状 2223801.3国内外发展趋势 2245101.3.1废弃锂离子电池回收 2312231.3.2钠离子电池 328631.3.3锂离子电池长寿命石墨电极 32963参考文献 41.1国外研究现状在对锂电池模型的研究方面，国外相关研究人员建立了简单的一维热模型，得到了18650电池在热失控时不同放电速率下的温度变化曲线。通过研究，人们认为在没有热失控的情况下，负极反应所产生的热量可以忽略，他们修改了能量平衡方程式，并改进了电池的热模型，而没有考虑实际的电池分层设置。还测量了电解质的热稳定性。同时，定性分析了电池在短路和炉箱试验下的热性能。除此之外，还研究了电池热失控时的热辐射效应，认为热辐射不能在电池进行炉箱试验时忽略。研究工作表明，这种建立并将其用于仿真研究的电池热失控模型的方法是可行的，并且可以指导电池材料的选择，他们向热失控模型中添加热失控发生时的副反应，并计算其反应热，然后通过比较大量实验数据进行来验证模型的准确性。此外，还建立了锂离子电池模型，以计算充电和放电期间电池内部短路时的温度变化。结合内部热反应和生热机理，建立了锂离子电池的三维热模型，并对锂离子电池进行了炉箱加热模拟。通过比较实验和模拟结果，一些学者研究了锂离子电池在热失控下的变化。他们模拟并测试了锂离子电池的过充电条件，并取得了良好的比较结果，并将其所建立的模型将电池的发热量、传导对流以及电池与外界之间的热交换耦合起来，并且通过炉箱试验与模拟的比较证明该热模型是可以使用的。在这种热滥用条件下进行实验，以进行更逼真的模拟。人们建立了三维锂钴氧化物电池电热耦合模型，并对不同放电速率下的锂离子电池进行了热仿真模拟，发现电池发热的主要成分是焦耳热。通过计算热失控时某25Ah锂离子电池的内部温度，可以得出结论，热失控后电池的最大内部温差达到52°C。电池在受到机械冲击后内部发生短路，并且电池的温度在发生短路后的30秒内高达600°C（由温度传感器测量）。除此之外，还在方形锂离子电池上进行了过充电和外部短路实验。在过充电实验中发现热失控与正极材料密切相关。通过研究小容量锂离子电池的快速充电和放电过程，发现电池的反应热仅与电池的荷电状态有关，与环境温度几乎没有关系。研究人员通过模拟锂离子电池在充电和放电过程中的温度分布，发现电池的最高温度点出现在靠近中心的环形区域，不是出现在电池的中间。1.2国内研究现状国内学者对锂离子电池的热失控问题进行了大量研究。彭鹏，孙忆琼，蒋方明等人建立了高温热滥用模型，以模拟和计算锂电池在高温环境下的热滥用行为。吴凯等人根据锂离子电池的仿真结果，总结了有关改善锂离子电池安全性能的措施和方法。清华大学的王浩和张传喜等人总结了锂离子电池出现安全问题的原因。王彩娟等人分析了锂离子电池安全生产中的操作缺陷。华东理工大学段冀渊通过红外热成像技术系统地评估了锂离子电池的性能。中国科学院黄海江通过试验获得了不同的电池工作应力，并依次分析了锂离子电池的正极材料、负极材料、隔膜和电解液对其安全性的影响。李哲等人分析了锂离子电池的温度特性，发现锂离子电池的容量对环境高度敏感。1.3国内外发展趋势1.3.1废弃锂离子电池回收随着电子产品的快速更新换代和动力汽车的飞速发展，越来越多的废旧锂离子电池产生了。废旧锂离子电池中含有的大量有毒有害物质，会对环境和人类健康产生严重危害，此外，废旧锂离子电池中含有丰富有价金属，可作为重要的二次资源，因此，废旧锂离子电池的回收已成为全球关注的热点。湿法冶金过程被认为是低能耗、低成本、低污染以及更适合规模化应用的废旧离子电池回收技术。湿法冶金回收过程包括电池预处理、有价金属浸出以及高附加值产品回收。本文对采用湿法冶金技术回收废旧锂离子电池中有价金属的研究现状进行综述，对比分析各个步骤中不同处理技术之间的优劣，提出当前湿法冶金回收过程中存在的问题，并对湿法冶金技术回收废旧锂离子电池发展方向进行展望[5]。与铅酸电池和镍氢电池等二次电池相比，锂离子电池具有能量密度高、储存寿命长、体积小和无记忆效应等优点。1991年索尼公司将其发布以来，它已在各种领域领域中得到越来越广泛的应用[6]。据统计，中国的锂离子电池数量已从2016年的78.4亿迅速增长到2019年的150亿[7]。但是，便携式电子设备中的锂离子电池的寿命通常为3至5年，而用于车载电源的锂离子电池的寿命通常为5至8年[8]。随着便携式电子设备的快速更换和电动汽车的大力推广，近年来大量的废弃锂离子电池已经对环境产生了很大的污染。据估计，到2025年，中国锂离子电池的报废量将超过50万吨[9]。因此，正确处理用过的锂离子电池已成为世界范围的重点问题。1.3.2钠离子电池锂离子电池（LIBs）是一种广泛使用的电化学能量存储设备，其他类型的新兴电池技术也正在逐渐兴起。其中，钠离子电池（NIBs）潜力巨大，代表了下一代低成本，环保的储能解决方案。在应用场合和关键指标要求的多样化以及市场多样化的推动下，钠离子技术已准备就绪。英国华威大学的科学家评估了从材料到电池开发的钠离子电池应用的当前状态，并比较了NIBs和LIBs的关键性能指标。在向低碳经济过渡期间，LIBs发挥了重要作用。但是，随着市场的快速扩张，与LIBs批量生产相关的环境问题和社会挑战正引起人们对基于可持续和环保材料的替代能源存储解决方案的高度关注。在这种情况下，NIBs代表了低成本、可持续发展和更环保的替代能源存储技术。华威大学的助理教授IvanaHasa博士说，尽管在汽车电气化应用中有大功率NIBs的机会，但仍需要进一步的技术改进，尤其是在能量密度方面。与锂离子电池技术相比，钠离子电池技术在短时间内取得了令人鼓舞的成果。就像锂离子电池技术在过去30年中所经历的一样，钠离子电池技术的改进将通过优化电池组件的制造/组装来实现。从应用研究的角度来看，未来的研究工作应致力于基础研究、材料研究以及探索和控制这些化学反应系统的热力学和动力学过程[10]。1.3.3锂离子电池长寿命石墨电极近年来，由于空气污染和能源危机等问题越来越严重，先进的储能装置得到了极大的发展。其中，可再充电锂离子电池（LIBs）因具有高能量密度、自放电率低和安全性高等优点被广泛的应用于电动汽车（EV）和大型储能设备中[11]。到目前为止，商业锂离子电池的阴极材料是含锂的过渡金属氧化物，例如层状锂钴氧化物、三元镍锰钴尖晶石结构锰酸锂。负极主要使用层状石墨作为材料。随着电子产品和电动汽车等市场的火热兴起，对锂离子电池的需求越来越大。硅负极是一种很有前途的负极材料。在室温下其比容量高达3579mA·h/g。当将Li+插入并提取到硅负极材料中时，硅中会发生约300％的体积膨胀，从而导致低电导率和高电阻[12]。尽管石墨的理论比容量低，正是由于石墨具有重量轻、电导率高和寿命长等特点，所以被广泛用作LIBs的主要负极材料。在电动汽车领域，对锂离子电池的使用寿命有更严格的要求。美国高级电池委员会（USABC）在自由汽车研究倡议中要求使用42V电池系统和混合动力汽车（HEV）的使用寿命为15年；电动汽车（EV）为10年。在循环寿命方面，要求在80％放电深度（DOD）下的预期寿命要达到1000次[13]。蔚来、比亚迪和特斯拉等国内外主流电动汽车都使用锂离子电池，但是这些电池在使用和运输过程中会出现一定的故障。这些故障会影响电池寿命，甚至会引起安全问题。例如，电动车充电起火、韩国三星Note7手机电池起火爆炸，这对于新能源技术的推广是十分不利的。锂离子电池的故障现象是由复杂的物理和化学机制的相互作用引起的。正确理解失控原因对锂离子电池性能和和寿命的改善起着重要作用。目前商业上主要的锂离子电池负极材料是石墨，通过延长石墨负极的寿命，可以改善化学储能电池的循环寿命和性能，降低锂离子电池的成本，这对推广新能源技术具有重要意义[14]。参考文献\t"8/rwt/CNKI/https/N36GP6BPMNYGX4JPN3TYE/kcms/_blank"简斌，\t"8/rwt/CNKI/https/N36GP6BPMNYGX4JPN3TYE/kcms/_blank"李健，\t"8/rwt/CNKI/https/N36GP6BPMNYGX4JPN3TYE/kcms/_blank"胡志荣．锂离子电池失效研究[J]．时代农机，2020，47(1)：42-45．王爽，杜志明，张泽林，韩志跃．锂离子电池安全性研究进展[J]．工程科学学报,2018，(08)：901-909．王彩娟，魏洪兵，宋扬，金挺．锂离子电池使用过程中失效原因的分析[J].电池，2011，41(1)：26-29．王其钰，王朔，张杰男，郑杰允，禹习谦，李泓．锂离子电池失效分析概述[J]．储能科学与技术.2017，6(05)：1008-1025．杨健，秦吉涛，李芳成，蒋良兴，赖延清，刘芳洋，贾明．废旧锂离子电池的湿法回收研究进展[J]．中南大学学报，2020,51(12)：3261-3278．吴越，裴锋，贾蕗路，等．废旧锂离子电池中有价金属的回收技术进展[J]．稀有金属，2013，37(2):320−329．ORDOEZJ,GAGOEJ,GIRARDA.Processesandtechnologiesfortherecyclingandrecoveryofspentlithiumionbatteries[J].RenewableandSustainableEnergyReviews,2016,60:195−205.LÜWeiguang,WANGZhonghang,CAOHongbin,etal.Acriticalreviewandanalysisontherecyclingofspentlithiumionbatteries[J].ACSSustainableChemistry&Engineering,2018,6：1504-1521.YAOYonglin,ZHUMeiying,ZHAOZhuo,etal.Hydrometallurgicalprocessesforrecyclingspentlithium-ionbatteries：acriticalreview[J].ACSSustainableChemistry&Engineering,2018,6(11)：13611-13627.LULanguang,HANXuebing,LIJianqiu,etal.Areviewonthekeyissuesforlithium-ionbatterymanagementinelectricvehicles[J].JournalofPowerSources,2013,226:272-288.GOODENOUGHJB.Energystoragematerials:Aperspective[J].EnergyStorageMaterials,2015,1:158-161.克里斯汀·朱利恩,阿肖克·维志,卡里姆·扎赫伯.锂离子电池科学与技术[M].北京:化学工业出版社,2018.LEEGibaek,KIMSudeok,KIMSunkyu,etal.SiO2/TiO2compositefilmforhighcapacityandexcellentcyclingstabilityinlithium-ionbatteryanodes[J].AdvancedFunctionalMaterials,2017,27(39):doi:10.1002/adfm.201703538.王灿,马盼,祝国梁,马永超,季鹏程,魏水淼,赵健,于治水.锂离子电池长寿命石墨电极研究现状与展望[J].储能科学与技术.2021,10(01):59-67.WhittinghamMS.Lithiumbatteriesandcathodematerials[J].ChemicalReviews,2004.104（10）:4271.马璨，吕迎舂，李泓．锂离子电池基础科学问题（VII）——正极材料[J].储能科学与技术，2014,3(1):53.ArmandM,TarasconJM.Buildingbetterbatteries［J］.Nature，2008,451（7179）：652.WANGGX,SHENXP,YAOJ,etal.Graphenenano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