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方形锂电池的典型问题如何应对

2019-04-13   点击量:38

本文主要介绍方形锂电池基本结构,优缺点,典型模组;电池做大以后侧面鼓胀问题及应对,散热不良问题及应对。


方形电池基本结构


一个典型的方形锂电池,主要组成部件包括:顶盖,壳体,正极板、负极板、隔膜组成的叠片或者卷绕,绝缘件,安全组件等。其中,红圈中的两个是安全结构,NSD针刺安全装置;OSD过充保护装置。


针刺安全保护装置(NSD,NailSafetyDevice)。这是在卷芯的最外面加上了金属层,例如铜薄片。当针刺发生时,在针刺位置产生的局部大电流通过大面积的铜薄片迅速把单位面积的电流降低,这样可以防止针刺位置局部过热,缓减电池热失控发生。


过充安全保护装置(OSD,OverchargeSafetyDevice),目前这个安全设计在很多电池上都能看到。一般是一个金属薄片,配合fuse使用,fuse可以设计到正极集流体上,过充时电池内部产生的压力使得OSD触发内部短路,产生瞬间大电流,从而使Fuse熔断,从而切断电池内部电流回路。


壳体一般为钢壳或者铝壳,随着市场对能量密度的追求的驱动以及生产工艺的进步,铝壳逐渐成为主流。


方形电池特点


方形电池是国内较早推广的一种动力电池形式。2016年数据显示,国内圆柱、软包、方形锂电池产量分别为13.92GWh、21.64GWH、28.14GWh,占比分别为21.85%、33.97%、44.17%。方形电池重新获得了市场的重视。


优点,方形电池封装可靠度高;系统能量效率高;相对重量轻,能量密度较高;结构较为简单,扩容相对方便,是当前通过提高单体容量来提高能量密度的重要选项;单体容量大,则系统构成相对简单,使得对单体的逐一监控成为可能;系统简单带来的另外一个好处是稳定性相对好。


缺点,由于方形锂电池可以根据产品的尺寸进行定制化生产,所以市场上有成千上万种型号,而正因为型号太多,工艺很难统一;生产自动化水平不高,单体差异性较大,在大规模应用中,存在系统寿命远低于单体寿命的问题。


说到这里,不能不提一下2017年7月颁布,去年2月正式实施的国家推荐标准《GB/T34013-2017电动汽车用动力蓄电池产品规格尺寸》,其中针对方形电池,给出了8个系列的尺寸,如下图和下表所示。


个人觉得,对电芯规格尺寸做出引导,短期也许没有特别明显的效果,甚至有人觉得这个时候给出指导意见,会束缚行业发展,而改变产品尺寸,对电芯生产来说,还不仅仅是工装模具的问题,影响甚大。


但作为一个推荐标准,只要能够给筹备新生产能力和做产线调整的厂家一个倾向,长期来看,必然对规格尺寸逐渐的向系列化方向发展有推动作用。而电芯和模块的一致性,是真正实现梯次利用的前提。至于技术路线在今后可能出现跨越,其实并不影响没有出现跨越之前向可见目标前进的努力。


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。


钜大特种电池工程研究院

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