《锂离子电池热电智能检测系统的创新开发与检测应用》

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该项目属于新能源安全控制基础技术领域,具体涉及单体锂离子电池安全性能评估系统及其在锂离子电池优化设计、服役管理、快速检测中的应用。锂离子电池因其优异性能广泛应用于电力电子产品、新能源交通工具等,但却面临严重的安全性能问题,如受热、过充可能会导致燃烧、爆炸。由于缺乏对锂离子电池材料、结构、工艺等影响其安全性能机理的认识,导致相应的可产业化检测手段匮乏。国内外很多知名企业广泛采用过度控制的方法以确保锂离子电池安全性,如韩国三星电子限制缺陷手机的充电上限在60%以内以预防手机爆炸;宝马新能源电动汽车的电池组模块的工作环境上限也控制在42摄氏度以内。

项目组在原国家质检总局科研基金的支持下,历时8年,突破了侧重在运输安全和电性能指标上的检测手段,打破了现行检测标准中过充行为“不起火、不爆炸”的无量化指标情况。创造性地研发了“红外测温+电性能检测+模型仿真”锂离子电池安全性能评估系统,理论上明确了导致锂离子电池热安全问题的机理,实践上解决了“检不出、检不准、检不快”的问题。

主要创新点:

1)基于三维真实电极微结构和伪二维模型,建立了锂离子电池微观领域的充放电仿真模型,理论上揭示了电极微结构、材料、温度等影响充放电过程的机理,已获得2项计算机软件著作权;

2)耦合了多种产热机制、滥用发热与三维传热,实现了锂离子电池传热的宏观仿真,展示了电池内(电)化学反应、各种热源机制的不均匀性及其对电池服役性能、“热失控”的互相影响机制,已获得2项计算机软件著作权,并在此基础上发明了一种通过计算机仿真预测手机电池“热失控”的方法,已申请了1项发明专利;

3)有机联系实验现象、宏观缺陷、微观结构,建立“热电”实验方法检测锂离子电池安全性能,找到了3C大倍率充电10min内,锂离子电池表面温度不超过50℃,充电电压不超过5.0V的“警戒电压”的核心快速检测指标,已授权1项实用新型专利。

该项目1项发明专利进入实质审查阶段,授权4项软件著作权,授权1项实用新型专利;发表相关论文13篇(其中SCI收录10篇,中文核心期刊3篇),已录用中文期刊论文1篇,出版论著2部,培养了硕士1人、博士1人、高级职称人员2人;成果指导检验检疫具体工作,已发布检验检疫行业标准1项,报批行业标准1项;成果应用于拉扎斯网络科技(上海)有限公司“饿了么”锂电池供电保温配送箱安全性能评估中,增加并增强了其市场份额和整体竞争力。三年来,该项目的应用带来的销售额占比翻了一番,销售总额也由2015年的625万增长到了2017年的13.3亿元。该项目也在上海口岸的进口锂离子电池检验把关中得到应用,近3年累计检测900余批次,相关批次筛查的速度提升20多倍。

成果说明

该项目所建立的检测技术适用于当前商业化市场中的各种锂离子电池,为检测中心乃至锂离子电池相关企业的设计、生产、应用环节带来了安全风险控制的可操作性,不仅具有经济效益,更体现了公共安全的公益性。“红外测温+电性能检测+模型仿真”的安全性能评估系统,突破了只能通过过度保护实现安全控制的瓶颈,未来在锂离子电池安全领域必将得到更为广泛的应用。 (1)上海口岸累计新增检测批次900余批,检测效率提高20倍以上。2014至2017年间,该项目成果应用于原上海出入境检验检疫局,单批节约检测成本1000元,快速筛查只需

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