Modeling analysis of the effect of battery design on internal short circuit hazard in LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2/SiOx-graphite lithium ion batteries

热失控 材料科学 电池(电) 核工程 锂离子电池 发热 锂(药物) 热的 量热计(粒子物理) 内部加热 计算机科学 机械工程 热力学 探测器 工程类 物理 电信 功率(物理) 内分泌学 医学
作者
Chaoyue Liu,Hang Li,Xiangbang Kong,Jinbao Zhao
出处
期刊:International Journal of Heat and Mass Transfer [Elsevier BV]
卷期号:153: 119590-119590 被引量:38
标识
DOI:10.1016/j.ijheatmasstransfer.2020.119590
摘要

The internal short circuit is one of the most severe safety hazards to large format lithium ion batteries. This study aims to reproduce the internal short circuit hazard through experimental and numerical methods to give a better understanding of the effect of laminated battery design on thermal abuse tolerance. A thermal abuse reaction model based on LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2/SiOx-graphite system is constructed with the assist of differential scanning calorimetry, and accelerating rate calorimetry experiments. The thermal runaway of the sample battery shows a five-stage process, and 11 chemical reactions and other heat sources are sorted out through modeling. Then the model is further simplified and coupled with the electrochemical-thermal model. The whole process of initiation of thermal runaway and heat progression afterward are reproduced. The model is extended to compare batteries with different laminated numbers and electrode sizes on the internal short circuit issue. Results show that different laminate design schemes will result in different hazard patterns. Larger layer number will delay the thermal runaway of the battery, but increase the seriousness of thermal hazard. Thermal tolerance ability can be adjusted without changing battery capacity. This work provides an applicable methodology for tuning layer number and electrode size for battery manufacture for safety concerns.
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