锂离子电池热传导原理是什么
锂离子电池以碳素材料为负极,bai以含锂的化合物作正极,没有金属锂存在,只有锂离子,这就是锂离子电池。锂离子电池是指以锂离子嵌入化合物为正极材料电池的总称。锂离子电池的充放电过程,就是锂离子的嵌入和脱嵌过程。在锂离子的嵌入和脱嵌过程中,同时伴随着与锂离子等当量电子的嵌入和脱嵌(习惯上正极用嵌入或脱嵌表示,而负极用插入或脱插表示)。在充放电过程中,锂离子在正、负极之间往返嵌入/脱嵌和插入/脱插,被形象地称为“摇椅电池”。
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当对电池进行充电时,电池的正极上有锂离子生成,生成的锂离子经过电解液运动到负极。而作为负极的碳呈层状结构,它有很多微孔,达到负极的锂离子就嵌入到碳层的微孔中,嵌入的锂离子越多,充电容量越高。同样,当对电池进行放电时(即我们使用电池的过程),嵌在负极碳层中的锂离子脱出,又运动回正极。回正极的锂离子越多,放电容量越高。
一般锂电池充电电流设定在0.2C至1C之间,电流越大,充电越快,同时电池发热也越大。而且,过大的电流充电,容量不够满,因为电池内部的电化学反应需要时间。就跟倒啤酒一样,倒太快的话会产生泡沫,反而不满。
使用(放电)注意事项
对电池来说,正常使用就是放电的过程。锂电池放电需要注意几点:
第一,放电电流不能过大,过大的电流导致电池内部发热,有可能会造成永久性的损害。在手机上,这个倒是没有问题的,可以不考虑。
从下图上可以看出,电池放电电流越大,放电容量越小,电压下降更快。
第二,绝对不能过放电!锂电池内部存储电能是靠电化学一种可逆的化学变化实现的,过度的放电会导致这种化学变化有不可逆的反应发生,因此锂电池最怕过放电,一旦放电电压低于2.7V,将可能导致电池报废。好在手机电池内部都已经装了保护电路,电压还没低到损坏电池的程度,保护电路就会起作用,停止放电。
锂离子电池热传导原理特性就是指由电池内部产生的热量,经电池外壳,最后散发到外界空气的全过程所表现出来的特性。根据锂离子电池内部构造及传热学基本原理可知,电池发生反应产生的热量在电池内部的传递方式是热传导,而热量最终会到达电池表面,由于电池表面温度与外界环境温度存在温度差,而温度高的物体会向温度低的物体传递热量,所以电池表面与外界进行着对流换热,又由于温度高的物体能向周围发生电磁波,因此电池表面同时还进行着辐射换热。
锂电池热失控
(1)热传导
热传导是指系统内存在温度差且系统内物质不发生相对运动的条件下,物质间或物质本身进行的热量传递,它发生在电池内部,电池内部的电解质、电极、隔膜及电池外壳等都是传导体,进行着热传导,热传导遵循傅里叶定律。
(2)热对流
热对流指的是处在流体介质中的固体,由于两者存在温差,会发生热量交换现象,它发生在电池表面,由电池表面与流过电池表面的气体或液体发生对流换热。
(3)热辐射
物体温度只要高于绝对温度都会发生热辐射,而温度不同的物体间发生热辐射时能够传递热量,且温度越高,传递的热量越多,因此锂离子电池表面在进行对流换热的同时进行着辐射换热,热辐射遵循斯忒潘-波耳兹(Stefan-Boltz-mann)定律,从定律中可知,辐射热的大小与物体表面材料、面积大小以及两者的绝对温差等有关。
由以上三种传热方式可知,对于锂离子电池内部的热传导,其跟电池自身因素相关,我们无法改变,而对流换热和辐射热则与流经电池表面的介质和被辐射对象有关,这是我们可以改变的,而对电池的散热工作就是从这方面入手,以达到散热的目的。