鋰電池熱失控問題研究的國內(nèi)外文獻綜述目錄TOC\o"1-3"\h\u19614鋰電池熱失控問題研究的國內(nèi)外文獻綜述 157411.1國外研究現(xiàn)狀 1190221.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀 2223801.3國內(nèi)外發(fā)展趨勢 2245101.3.1廢棄鋰離子電池回收 2312231.3.2鈉離子電池 328631.3.3鋰離子電池長壽命石墨電極 32963參考文獻 41.1國外研究現(xiàn)狀在對鋰電池模型的研究方面，國外相關研究人員建立了簡單的一維熱模型，得到了18650電池在熱失控時不同放電速率下的溫度變化曲線。通過研究，人們認為在沒有熱失控的情況下，負極反應所產(chǎn)生的熱量可以忽略，他們修改了能量平衡方程式，并改進了電池的熱模型，而沒有考慮實際的電池分層設置。還測量了電解質(zhì)的熱穩(wěn)定性。同時，定性分析了電池在短路和爐箱試驗下的熱性能。除此之外，還研究了電池熱失控時的熱輻射效應，認為熱輻射不能在電池進行爐箱試驗時忽略。研究工作表明，這種建立并將其用于仿真研究的電池熱失控模型的方法是可行的，并且可以指導電池材料的選擇，他們向熱失控模型中添加熱失控發(fā)生時的副反應，并計算其反應熱，然后通過比較大量實驗數(shù)據(jù)進行來驗證模型的準確性。此外，還建立了鋰離子電池模型，以計算充電和放電期間電池內(nèi)部短路時的溫度變化。結合內(nèi)部熱反應和生熱機理，建立了鋰離子電池的三維熱模型，并對鋰離子電池進行了爐箱加熱模擬。通過比較實驗和模擬結果，一些學者研究了鋰離子電池在熱失控下的變化。他們模擬并測試了鋰離子電池的過充電條件，并取得了良好的比較結果，并將其所建立的模型將電池的發(fā)熱量、傳導對流以及電池與外界之間的熱交換耦合起來，并且通過爐箱試驗與模擬的比較證明該熱模型是可以使用的。在這種熱濫用條件下進行實驗，以進行更逼真的模擬。人們建立了三維鋰鈷氧化物電池電熱耦合模型，并對不同放電速率下的鋰離子電池進行了熱仿真模擬，發(fā)現(xiàn)電池發(fā)熱的主要成分是焦耳熱。通過計算熱失控時某25Ah鋰離子電池的內(nèi)部溫度，可以得出結論，熱失控后電池的最大內(nèi)部溫差達到52°C。電池在受到機械沖擊后內(nèi)部發(fā)生短路，并且電池的溫度在發(fā)生短路后的30秒內(nèi)高達600°C（由溫度傳感器測量）。除此之外，還在方形鋰離子電池上進行了過充電和外部短路實驗。在過充電實驗中發(fā)現(xiàn)熱失控與正極材料密切相關。通過研究小容量鋰離子電池的快速充電和放電過程，發(fā)現(xiàn)電池的反應熱僅與電池的荷電狀態(tài)有關，與環(huán)境溫度幾乎沒有關系。研究人員通過模擬鋰離子電池在充電和放電過程中的溫度分布，發(fā)現(xiàn)電池的最高溫度點出現(xiàn)在靠近中心的環(huán)形區(qū)域，不是出現(xiàn)在電池的中間。1.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀國內(nèi)學者對鋰離子電池的熱失控問題進行了大量研究。彭鵬，孫憶瓊，蔣方明等人建立了高溫熱濫用模型，以模擬和計算鋰電池在高溫環(huán)境下的熱濫用行為。吳凱等人根據(jù)鋰離子電池的仿真結果，總結了有關改善鋰離子電池安全性能的措施和方法。清華大學的王浩和張傳喜等人總結了鋰離子電池出現(xiàn)安全問題的原因。王彩娟等人分析了鋰離子電池安全生產(chǎn)中的操作缺陷。華東理工大學段冀淵通過紅外熱成像技術系統(tǒng)地評估了鋰離子電池的性能。中國科學院黃海江通過試驗獲得了不同的電池工作應力，并依次分析了鋰離子電池的正極材料、負極材料、隔膜和電解液對其安全性的影響。李哲等人分析了鋰離子電池的溫度特性，發(fā)現(xiàn)鋰離子電池的容量對環(huán)境高度敏感。1.3國內(nèi)外發(fā)展趨勢1.3.1廢棄鋰離子電池回收隨著電子產(chǎn)品的快速更新?lián)Q代和動力汽車的飛速發(fā)展，越來越多的廢舊鋰離子電池產(chǎn)生了。廢舊鋰離子電池中含有的大量有毒有害物質(zhì)，會對環(huán)境和人類健康產(chǎn)生嚴重危害，此外，廢舊鋰離子電池中含有豐富有價金屬，可作為重要的二次資源，因此，廢舊鋰離子電池的回收已成為全球關注的熱點。濕法冶金過程被認為是低能耗、低成本、低污染以及更適合規(guī)?；瘧玫膹U舊離子電池回收技術。濕法冶金回收過程包括電池預處理、有價金屬浸出以及高附加值產(chǎn)品回收。本文對采用濕法冶金技術回收廢舊鋰離子電池中有價金屬的研究現(xiàn)狀進行綜述，對比分析各個步驟中不同處理技術之間的優(yōu)劣，提出當前濕法冶金回收過程中存在的問題，并對濕法冶金技術回收廢舊鋰離子電池發(fā)展方向進行展望[5]。與鉛酸電池和鎳氫電池等二次電池相比，鋰離子電池具有能量密度高、儲存壽命長、體積小和無記憶效應等優(yōu)點。1991年索尼公司將其發(fā)布以來，它已在各種領域領域中得到越來越廣泛的應用[6]。據(jù)統(tǒng)計，中國的鋰離子電池數(shù)量已從2016年的78.4億迅速增長到2019年的150億[7]。但是，便攜式電子設備中的鋰離子電池的壽命通常為3至5年，而用于車載電源的鋰離子電池的壽命通常為5至8年[8]。隨著便攜式電子設備的快速更換和電動汽車的大力推廣，近年來大量的廢棄鋰離子電池已經(jīng)對環(huán)境產(chǎn)生了很大的污染。據(jù)估計，到2025年，中國鋰離子電池的報廢量將超過50萬噸[9]。因此，正確處理用過的鋰離子電池已成為世界范圍的重點問題。1.3.2鈉離子電池鋰離子電池（LIBs）是一種廣泛使用的電化學能量存儲設備，其他類型的新興電池技術也正在逐漸興起。其中，鈉離子電池（NIBs）潛力巨大，代表了下一代低成本，環(huán)保的儲能解決方案。在應用場合和關鍵指標要求的多樣化以及市場多樣化的推動下，鈉離子技術已準備就緒。英國華威大學的科學家評估了從材料到電池開發(fā)的鈉離子電池應用的當前狀態(tài)，并比較了NIBs和LIBs的關鍵性能指標。在向低碳經(jīng)濟過渡期間，LIBs發(fā)揮了重要作用。但是，隨著市場的快速擴張，與LIBs批量生產(chǎn)相關的環(huán)境問題和社會挑戰(zhàn)正引起人們對基于可持續(xù)和環(huán)保材料的替代能源存儲解決方案的高度關注。在這種情況下，NIBs代表了低成本、可持續(xù)發(fā)展和更環(huán)保的替代能源存儲技術。華威大學的助理教授IvanaHasa博士說，盡管在汽車電氣化應用中有大功率NIBs的機會，但仍需要進一步的技術改進，尤其是在能量密度方面。與鋰離子電池技術相比，鈉離子電池技術在短時間內(nèi)取得了令人鼓舞的成果。就像鋰離子電池技術在過去30年中所經(jīng)歷的一樣，鈉離子電池技術的改進將通過優(yōu)化電池組件的制造/組裝來實現(xiàn)。從應用研究的角度來看，未來的研究工作應致力于基礎研究、材料研究以及探索和控制這些化學反應系統(tǒng)的熱力學和動力學過程[10]。1.3.3鋰離子電池長壽命石墨電極近年來，由于空氣污染和能源危機等問題越來越嚴重，先進的儲能裝置得到了極大的發(fā)展。其中，可再充電鋰離子電池（LIBs）因具有高能量密度、自放電率低和安全性高等優(yōu)點被廣泛的應用于電動汽車（EV）和大型儲能設備中[11]。到目前為止，商業(yè)鋰離子電池的陰極材料是含鋰的過渡金屬氧化物，例如層狀鋰鈷氧化物、三元鎳錳鈷尖晶石結構錳酸鋰。負極主要使用層狀石墨作為材料。隨著電子產(chǎn)品和電動汽車等市場的火熱興起，對鋰離子電池的需求越來越大。硅負極是一種很有前途的負極材料。在室溫下其比容量高達3579mA·h/g。當將Li+插入并提取到硅負極材料中時，硅中會發(fā)生約300％的體積膨脹，從而導致低電導率和高電阻[12]。盡管石墨的理論比容量低，正是由于石墨具有重量輕、電導率高和壽命長等特點，所以被廣泛用作LIBs的主要負極材料。在電動汽車領域，對鋰離子電池的使用壽命有更嚴格的要求。美國高級電池委員會（USABC）在自由汽車研究倡議中要求使用42V電池系統(tǒng)和混合動力汽車（HEV）的使用壽命為15年；電動汽車（EV）為10年。在循環(huán)壽命方面，要求在80％放電深度（DOD）下的預期壽命要達到1000次[13]。蔚來、比亞迪和特斯拉等國內(nèi)外主流電動汽車都使用鋰離子電池，但是這些電池在使用和運輸過程中會出現(xiàn)一定的故障。這些故障會影響電池壽命，甚至會引起安全問題。例如，電動車充電起火、韓國三星Note7手機電池起火爆炸，這對于新能源技術的推廣是十分不利的。鋰離子電池的故障現(xiàn)象是由復雜的物理和化學機制的相互作用引起的。正確理解失控原因?qū)︿囯x子電池性能和和壽命的改善起著重要作用。目前商業(yè)上主要的鋰離子電池負極材料是石墨，通過延長石墨負極的壽命，可以改善化學儲能電池的循環(huán)壽命和性能，降低鋰離子電池的成本，這對推廣新能源技術具有重要意義[14]。參考文獻\t"8/rwt/CNKI/https/N36GP6BPMNYGX4JPN3TYE/kcms/_blank"簡斌，\t"8/rwt/CNKI/https/N36GP6BPMNYGX4JPN3TYE/kcms/_blank"李健，\t"8/rwt/CNKI/https/N36GP6BPMNYGX4JPN3TYE/kcms/_blank"胡志榮．鋰離子電池失效研究[J]．時代農(nóng)機，2020，47(1)：42-45．王爽，杜志明，張澤林，韓志躍．鋰離子電池安全性研究進展[J]．工程科學學報,2018，(08)：901-909．王彩娟，魏洪兵，宋揚，金挺．鋰離子電池使用過程中失效原因的分析[J].電池，2011，41(1)：26-29．王其鈺，王朔，張杰男，鄭杰允，禹習謙，李泓．鋰離子電池失效分析概述[J]．儲能科學與技術.2017，6(05)：1008-1025．楊健，秦吉濤，李芳成，蔣良興，賴延清，劉芳洋，賈明．廢舊鋰離子電池的濕法回收研究進展[J]．中南大學學報，2020,51(12)：3261-3278．吳越，裴鋒，賈蕗路，等．廢舊鋰離子電池中有價金屬的回收技術進展[J]．稀有金屬，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·維志,卡里姆·扎赫伯.鋰離子電池科學與技術[M].北京:化學工業(yè)出版社,2018.LEEGibaek,KIMSudeok,K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