基于热管理的锂离子电池火灾风险预测方法

由下一代电池研究中心的Yoon-CheolHa博士联合领导的用于储能应用的长期循环NCA/石墨圆柱形锂离子电池的健康状态和发热行为的统计和计算分析研究大邱庆北科学技术研究院(DGIST)能源科学与工程系的韩国电工技术研究所(KERI，Sung-hoMyung社长)和YongMinLee博士发表在JournalofPowerSources上。Tai-JongJung，博士科技大学(UST)电功能材料工程系候选人和HyobinLee博士。DGIST的候选人作为该文章的第一作者做出了贡献。

锂离子电池用于智能手机、电动汽车(EV)、储能系统(ESS)等代表第四次工业革命的各个工业部门和设备中。然而，乘用车和电动公交车电池的火灾事故已成为世界性的问题，而与ESS相关的大规模火灾事故也发生了，这两起事件都引起了人们的极大关注。同样，随着锂离子电池使用的增加，火灾和爆炸的风险也在增加，因此专家们正在努力开发技术，以防止因锂离子电池热管理故障而导致的事故。

锂离子电池的热管理被认为是其安全使用的关键方法，因为当温度过高或过低时，电池会迅速降解。然而，目前的“热管理系统”通常是根据新电池的初始特性设计的，并没有反映长期循环造成的性能退化。

研究小组同时分析了长期使用对循环寿命和发热行为的影响，并开发了一种预测潜在火灾风险的方法。通过科学的方法，研究发现，即使是没有制造缺陷、影响或其他滥用因素的正常电池，在没有系统热管理的情况下长时间使用也可能导致事故。

本研究中使用的2.85Ah18650圆形电池的X射线图像和热成像。图片来源：韩国电工技术研究院

这项研究是针对最常用的锂二次电池之一的圆柱形电池(2.85Ah)进行的。研究小组分析了从各种C率条件下的1,000多次测试中获得的大约170万个时间序列数据。他们在世界上首次提供了C率对锂离子电池循环寿命和发热影响的统计分析，因为之前的研究只是提供了充电和放电容量随循环的变化。

研究团队更进一步开发了用于数据可视化及其统计分析的Python程序，并分析了电池的长期性能。他们还通过与商业软件的链接为数值模拟奠定了基础。这种统计和计算分析有望大大有助于提高电动汽车和储能系统的安全性，其中数百或数千个电池在封闭环境中组装以进行储能。

KERI的Yoon-CheolHa博士说：“人们可能从经验中知道，随着使用时间的延长，智能手机会变得越来越热。这项研究特别有意义，因为我们通过进行统计和计算分析来应用科学方法来识别“由于长期循环的锂离子电池产生更多热量的原因。我们将继续开展研究活动，开发各种电池稳定运行的技术，包括大型软包电池和方形电池。”

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