Pour améliorer les performances de dissipation thermique des batteries au lithium, les chercheurs ont exploré diverses méthodes. Parmi celles-ci, l'alumine thermoconductrice est devenue une charge haute performance de premier plan en raison de son excellente conductivité thermique, de sa stabilité chimique et de sa rentabilité. Actuellement, l'alumine thermoconductrice est largement utilisée dans la conception de la dissipation thermique des batteries au lithium. En l'incorporant dans les matériaux d'électrode, le séparateur ou le boîtier de la batterie, l'efficacité de la dissipation thermique peut être considérablement améliorée.
Cependant, l'application de l'alumine thermoconductrice à la dissipation thermique des batteries au lithium se heurte à certaines limites, telles que la dispersibilité de la charge et la compatibilité avec les matériaux de la batterie. Ces défis nécessitent des recherches et une optimisation plus poussées. Par conséquent, une exploration plus approfondie des mécanismes et des effets de l'alumine thermoconductrice dans l'amélioration des performances de dissipation thermique des batteries au lithium est essentielle pour améliorer leur efficacité globale.
Principes de dissipation de la chaleur des batteries au lithium
1. Pendant les processus de charge et de décharge de piles au lithium, des réactions électrochimiques complexes ont lieu. Ces réactions impliquent principalement l'enrobage et le désenrobage d'ions lithium et la migration d'électrons. Des pertes de chaleur irréversibles sont générées au cours de ces réactions, notamment : 1) Chaleur de polarisation : résultant des réactions des électrodes. 2) Chaleur ohmique:Généré par la solution électrolytique. 3) Chaleur provenant de la formation et de la décomposition du SEI : se produit à l'interface de l'électrolyte solide (SEI).
L’accumulation de ces sources de chaleur entraîne une augmentation de la température de la batterie, qui est le principal mécanisme de génération de chaleur dans les batteries au lithium.
2. La dissipation thermique des batteries au lithium se produit principalement par trois mécanismes : 1) Conduction thermique : la chaleur est transférée à travers des composants solides tels que les matériaux d'électrode et les séparateurs à l'intérieur de la batterie. 2) Convection thermique:La chaleur est échangée entre la batterie et le gaz ou le liquide environnant. 3) Rayonnement thermique : la surface de la batterie émet de la chaleur vers l'extérieur sous forme d'ondes électromagnétiques. Parmi ces mécanismes, la conduction thermique est le principal mode de dissipation thermique des batteries au lithium.
3. Les performances de dissipation thermique des batteries au lithium influencent directement leurs performances globales et leur durée de vie. Une dissipation thermique efficace peut réduire considérablement la température de la batterie pendant son fonctionnement, atténuant ainsi le risque d'emballement thermique et améliorant la sécurité. De plus, une gestion thermique appropriée permet de maintenir des températures internes uniformes, de réduire la polarisation des électrodes et d'améliorer l'efficacité de charge et de décharge ainsi que l'utilisation de l'énergie, prolongeant ainsi la durée de vie de la batterie. À l'inverse, une dissipation thermique inadéquate peut accélérer la dégradation des performances et potentiellement entraîner des risques pour la sécurité. Par conséquent, il est essentiel d'améliorer les capacités de dissipation thermique des batteries au lithium pour garantir un fonctionnement stable.
Caractéristiques de l'alumine
- Propriétés de l'alumine thermoconductrice
L'alumine thermoconductrice est un matériau inorganique non métallique connu pour sa grande pureté et son excellente conductivité thermique. Se présentant généralement sous la forme d'une poudre blanche, elle présente une stabilité chimique remarquable, une résistance aux températures élevées et une bonne isolation électrique. La structure physique compacte et la granulométrie uniforme de l'alumine thermoconductrice en font une charge thermoconductrice idéale.
2. Mécanisme de conductivité thermique
La conductivité thermique de l'alumine thermoconductrice repose principalement sur la conduction des phonons au sein de sa structure cristalline. Les phonons, qui représentent des vibrations de réseau quantifiées, facilitent le transfert de chaleur par vibration de réseau. En raison de la nature ordonnée et pure de sa structure cristalline, l'alumine thermoconductrice transfère efficacement la chaleur, améliorant ainsi la conductivité thermique globale du matériau composite.
3. Facteurs affectant la conductivité thermique
Plusieurs facteurs influencent la conductivité thermique de l’alumine thermoconductrice :
1) Taille et forme des particules : les particules plus petites ont une surface spécifique plus grande, ce qui améliore la conductivité thermique.
2) Dispersion des particules : Une meilleure dispersion permet la formation d’un réseau thermique efficace.
Un taux de remplissage optimal maximise l'effet de conductivité thermique. La modification de la surface des particules peut améliorer la compatibilité avec les matériaux de la matrice, réduire la résistance thermique de l'interface et améliorer la conductivité thermique. Ces facteurs déterminent collectivement la conductivité thermique de l'alumine thermoconductrice dans les applications pratiques.
Mécanisme de l'alumine pour améliorer la dissipation de chaleur des batteries au lithium
1. Distribution d'alumine thermoconductrice
Dans les batteries au lithium, l'alumine thermoconductrice est généralement répartie dans le matériau de l'électrode ou dans le séparateur de batterie, soit sous forme de dispersion uniforme, soit dans des structures spécifiques telles que des configurations en couches ou en réseau. La conception de ce modèle de distribution est essentielle, car elle détermine l'efficacité du réseau de conduction thermique formé par les particules d'alumine à l'intérieur de la batterie. Une distribution idéale maximise la surface de contact entre les particules, améliorant ainsi l'efficacité de la conduction thermique.
2. Voies de conduction thermique altérées
L'incorporation d'alumine thermoconductrice modifie les voies de conduction thermique internes de la batterie au lithium. La chaleur qui était principalement conduite à travers le matériau de l'électrode et l'électrolyte peut désormais également être transférée à travers les voies de conduction thermique supplémentaires créées par l'alumine. Ce changement raccourcit efficacement la distance de conduction thermique à l'intérieur de la batterie, réduit la résistance thermique et améliore l'efficacité globale de la dissipation thermique.
3. Conduction thermique interfaciale
La conduction thermique interfaciale entre l'alumine thermoconductrice et les matériaux de la batterie au lithium est un facteur clé qui influence les performances globales de dissipation thermique. L'efficacité de la conduction thermique interfaciale repose sur la force de liaison et la compatibilité entre les particules d'alumine et les matériaux de la batterie. En utilisant des techniques de modification de surface, la résistance thermique interfaciale peut être réduite, améliorant ainsi l'efficacité de la conduction thermique interfaciale. La compréhension de ce mécanisme est essentielle pour optimiser l'application de l'alumine thermoconductrice dans les batteries au lithium.
