方形电池的典型问题及解决方法介绍
来源：宝鄂实业
2019-10-14 22:11
点击量：次
方形电池的容量更大，比圆柱形电池容易。在增加产能的过程中，限制较少。但随着单体体积的增大，也存在侧胀严重、散热困难、不均匀性增加等问题。
方形电池的典型问题及解决方法
1）侧胀
锂离子电池充放电过程中，电池内部存在一定的压力（经验数据为0.3-0.6mpa）。在相同压力下，应力区越大，电池壳壁变形越严重。电池膨胀的主要原因是：电池在SEI形成过程中产生气体，电池内压力升高，方形电池板结构耐压能力差，导致外壳变形；充电过程中电极材料的晶格参数发生变化。在电极膨胀力的作用下导致电极膨胀和电池外壳变形；少量电液分解和电池外壳变形引起高温储存。温度效应产生的气体
体压的增加导致电池外壳的变形。在上述三个原因中，电极膨胀引起的壳体膨胀是最重要的一个。
方形电池的鼓包问题是一个普遍存在的问题，特别是对于大容量方形锂离子电池。方形电池的鼓包会导致电池内阻增大、部分电液耗尽甚至外壳破裂，严重影响电池的安全性和循环寿命。
张超等。提出了一种利用小型结构加强壳体强度、优化布置的方案，解决了方形电池的鼓包问题。
加强壳体强度，将原平面壳体设计成加固结构，并通过压入壳体内部来测试壳体加固结构设计的效果。根据不同的固定方式（定长方向和定宽方向），分别进行测试。加固结构效果明显。以固定宽度为例，在0.3mpa压力下，加筋结构壳体的变形量为3.2mm，无筋结构壳体的变形量为4.1mm，变形量减少20%以上。
为了优化模块中核心的排列，研究人员比较了两种排列方式，如下图所示，变形量如下表所示。对比发现，布置方式i i的厚度方向变形明显小于布置方式i。
2）大型方形电池散热性能变差
随着电池体积的增大，电池发热部分与外壳之间的距离越来越长，导电介质和界面越来越多，使得散热困难。此外，电池内部热分布不均匀的问题也越来越明显。
吴伟雄等人。使用3.2V/12Ah矩形锂离子电池进行研究，基数如表1所示。电池充放电设备为新威CT-3001W-50V120ANTF。试验过程中，环境温度为31℃，冷却方式为空冷。电池的温度变化由温度巡检仪记录。实验步骤如下：
1）电压充电，用12A电流对蓄电池充电，直至充电截止电压为3.65V，停止电流为1.8A；
2）充电后放置1小时以稳定电池。
3）恒流放电，不同速率放电至放电截止电压2V，放电速率分别设定为1C、2C、3C、4C、5C、6C。
如下图所示，对于电池表面在不同放电速率下的温度变化，可以看出，温度随放电速率的增加而增加，并且对应于每个放电速率的最大表面温度分别为38.1、48.3、56.7、64.4、72.2和76.9 C。在3C速率下放电时，最高温度超过50℃，在6C时，温度达到76.9，超过50的时间是470秒，占整个放电过程的三分之二，这对电池的安全和连续运行是非常有害的。
采用相变材料（pcms）作为导热介质粘附在单体核表面，大大提高了散热效果。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
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。
