Для улучшения характеристик рассеивания тепла литиевых батарей исследователи изучили различные методы. Среди них теплопроводящий оксид алюминия стал выдающимся высокоэффективным наполнителем благодаря своей превосходной теплопроводности, химической стабильности и экономической эффективности. В настоящее время теплопроводящий оксид алюминия широко используется в конструкции рассеивания тепла литиевых батарей. Включая его в электродные материалы, сепаратор или корпус батареи, можно значительно улучшить эффективность рассеивания тепла.
Однако применение теплопроводящего оксида алюминия в рассеивании тепла литиевых батарей сталкивается с определенными ограничениями, такими как дисперсность наполнителя и совместимость с материалами батареи. Эти проблемы требуют дальнейших исследований и оптимизации. Поэтому более глубокое изучение механизмов и эффектов теплопроводящего оксида алюминия в улучшении характеристик рассеивания тепла литиевых батарей имеет важное значение для повышения их общей эффективности.
Принципы рассеивания тепла литиевыми батареями
1. Во время процессов зарядки и разрядки литиевые батареи, происходят сложные электрохимические реакции. Эти реакции в основном включают в себя внедрение и де-внедрение ионов лития и миграцию электронов. Во время этих реакций возникают необратимые потери тепла, которые включают: 1) Поляризационное тепло: в результате электродных реакций. 2) Омическое тепло: Образуется раствором электролита. 3) Тепло от образования и разложения SEI: происходит на границе твердого электролита (SEI).
Накопление этих источников тепла приводит к повышению температуры аккумулятора, что является основным механизмом выделения тепла в литиевых аккумуляторах.
2. Рассеивание тепла литиевых батарей в основном происходит посредством трех механизмов: 1) Теплопроводность: тепло передается через твердые компоненты, такие как электродные материалы и сепараторы внутри батареи. 2) Конвекция тепла: Теплообмен происходит между батареей и окружающей газовой или жидкой средой. 3) Тепловое излучение: Поверхность батареи излучает тепло наружу в виде электромагнитных волн. Среди этих механизмов теплопроводность является основным способом рассеивания тепла в литиевых батареях.
3. Эффективность рассеивания тепла литиевых батарей напрямую влияет на их общую производительность и срок службы. Эффективное рассеивание тепла может значительно снизить температуру батареи во время работы, снижая риск теплового разгона и повышая безопасность. Кроме того, правильное управление теплом помогает поддерживать равномерную внутреннюю температуру, снижает поляризацию электродов и повышает эффективность заряда и разряда, а также использование энергии, в конечном итоге продлевая срок службы батареи. И наоборот, недостаточное рассеивание тепла может ускорить ухудшение производительности и потенциально привести к угрозам безопасности. Поэтому улучшение возможностей рассеивания тепла литиевых батарей имеет важное значение для обеспечения стабильной работы.
Характеристики глинозема
- Свойства теплопроводного оксида алюминия
Теплопроводящий оксид алюминия — неорганический неметаллический материал, известный своей высокой чистотой и превосходной теплопроводностью. Обычно выглядит как белый порошок, отличается замечательной химической стабильностью, устойчивостью к высоким температурам и хорошей электроизоляцией. Компактная физическая структура и равномерный размер частиц теплопроводящего оксида алюминия делают его идеальным теплопроводящим наполнителем.
2. Механизм теплопроводности
Теплопроводность теплопроводящего оксида алюминия в первую очередь зависит от фононной проводимости в его кристаллической структуре. Фононы, которые представляют собой квантованные колебания решетки, облегчают передачу тепла посредством колебаний решетки. Благодаря упорядоченной и чистой природе своей кристаллической структуры теплопроводящий оксид алюминия эффективно передает тепло, тем самым повышая общую теплопроводность композитного материала.
3. Факторы, влияющие на теплопроводность
На теплопроводность теплопроводного оксида алюминия влияют несколько факторов:
1) Размер и форма частиц: более мелкие частицы имеют большую удельную площадь поверхности, что улучшает теплопроводность.
2) Дисперсия частиц: лучшее рассеивание позволяет сформировать эффективную тепловую сеть.
Оптимальное соотношение заполнения максимизирует эффект теплопроводности. Модификация поверхности частиц может улучшить совместимость с матричными материалами, снижая тепловое сопротивление интерфейса и улучшая теплопроводность. Эти факторы в совокупности определяют теплопроводность теплопроводящего оксида алюминия в практических приложениях.
Механизм действия оксида алюминия в улучшении теплоотвода литиевых батарей
1. Распределение теплопроводного глинозема
В литиевых батареях теплопроводящий оксид алюминия обычно распределяется внутри электродного материала или сепаратора батареи либо в виде однородной дисперсии, либо в виде определенных структур, таких как слоистые или сетевые конфигурации. Конструкция этой модели распределения имеет решающее значение, поскольку она определяет эффективность сети теплопроводности, образованной частицами оксида алюминия внутри батареи. Идеальное распределение максимизирует площадь контакта между частицами, тем самым повышая эффективность теплопроводности.
2. Измененные пути теплопроводности
Включение теплопроводящего глинозема изменяет внутренние пути теплопроводности литиевой батареи. Тепло, которое в первую очередь проводилось через материал электрода и электролит, теперь может также передаваться через дополнительные пути теплопроводности, созданные глиноземом. Это изменение эффективно сокращает расстояние теплопроводности внутри батареи, снижает тепловое сопротивление и улучшает общую эффективность рассеивания тепла.
3. Теплопроводность на границе раздела фаз
Межфазная теплопроводность между теплопроводным оксидом алюминия и материалами литиевой батареи является ключевым фактором, влияющим на общую производительность рассеивания тепла. Эффективность межфазной теплопроводности зависит от прочности связи и совместимости между частицами оксида алюминия и материалами батареи. Используя методы модификации поверхности, можно снизить межфазное тепловое сопротивление, тем самым повысив эффективность межфазной теплопроводности. Понимание этого механизма необходимо для оптимизации применения теплопроводного оксида алюминия в литиевых батареях.
