锂离子电池组应用中存在的问题

锂离子电池组应用中存在的问题

黄镇财

杭州力奥科技有限公司 浙江杭州 311121

摘要：随着科学技术的发展，人们对能源的需求越来越大。由于能源危机问题，人们开始向锂离子电池领域发展。锂离子电池由于高效、环保、使用寿命长等优点，广泛被应用于汽车、电子产品、航天等产业。但是在锂离子电池的实际应用中也还存在一些问题，其中锂离子电池等安全性、充放电、成本、热管理等问题尤为突出。本文就要对锂离子电池组应用中存在的问题展开讨论，为之后的改良工作提供参考。

关键词：锂离子电池组；充放电；安全性；热管理；成本

锂离子的发展是从上世纪九十年代开始的，逐渐发展为新一代的主流能源。锂电池相对于传统能源来说具有许多优点，其能量密度高、体积小、使用寿命长、对环境的污染较小等，在各行各业发挥着巨大的作用。锂离子电池组就是将多个锂离子电池串联或者并联起来，以此来发挥更大的效益。但是锂离子电池组也有很多缺点，随着串并联的模块变多，只要电池有碰撞或者弯曲现象，就会导致电池组效率变低，甚至会出现发热、爆炸等现象。因此，这其中还存在很多问题，现在我们将逐一进行分析。

1 锂离子电池组及其要求

锂电池组是由电芯、绝缘板、散热片和BMS电池管理系统等组成。电芯是其中最重要的能源板块，一般分为三元锂离子电池和磷酸铁锂离子电池。绝缘板则包裹着电芯，防止电芯受到破坏或者电芯自己损坏而殃及其他组件。锂离子电池工作时会产生大量热，如果不及时散热则可能导致电池破坏。所以，散热片的主要作用就是为电池散热。BMS电池管理系统是锂电池组的灵魂，它可以对锂离子电池组的各个板块进行温度、电压、电流等数据的监控，还可以对电池组的效率和工作时间等进行调控，是锂离子电池组不可缺少的一部分。

合格的锂电池组不仅要有合格的组件进行安装，还要有合理的搭配和安装要求。对绝缘板的安装要求对电芯部分进行完全的包裹，防止漏电现象的发生。在各个电芯之间还需要安装保护板，防止电芯之间的碰撞和挤压。对于电路的焊接也要严格的要求，良好的焊接可以提高电池组的使用寿命。对于线路的安装也要进行合理的规划，防止线路间出现短路现象。

2 锂离子电池组应用中存在的主要问题

2.1 安全性

在现实生活中，我们常常看到手机爆炸、汽车自燃、电子设备起火等新闻，这些大多数都跟锂电池组有关系。锂电池组的安全性一直是大众所关注的问题，前段时间的特斯拉新能源汽车自燃事故就备受大众的关注。锂电池因为材料的特殊性，电极材料的活泼性较高，内部的电极之间的电荷流动速率也较大，这样虽然提高了电池组的效率，但是安全性也随之降低。现如今只能通过内部的电池保护板来对内部电路进行保护，但是有些锂电池组不能使用电池保护板，有些锂电池组的电流过大，而电池保护板对电流有一定的阻隔作用，使用电池保护板有可能会导致其中一部分元件停止工作，容易对电池组造成损坏。所以，对于有效提升锂电池组的安全性问题还值得继续研究。

2.2 成本偏高

由于锂电池的构件比较复杂，所需要的原料也需要经过专门的处理才能使用。各个元器件的生产也需要由不同的厂家提供，系统性的供应链也不够完善，这些都是导致成本偏高的原因。除了成本和材料的原因，锂电池是一种消耗品，使用效率随使用时长而降低，高故障率也是电池报废的原因之一，电池报废也间接影响了电池的成本。建立完善到供应链，想办法提高使用寿命是降低成本的有效途径。

2.3 电芯的一致性

锂电池组是由多个电芯串并联而成，然而每个电芯的参数并不是完全一致的。如果采用参数差异较大的电芯，就会导致电芯供电不平衡，对电池内的稳态造成破坏。在进行电芯安装时，应该综合考虑电芯的电压、内阻、容量等参数，尽量选择参数一致或者相近的电芯来组装电池组。

2.4 快速充电放电

现代化快节奏的生活状态，对电池的充放电能力有较高的要求。锂离子电池组采用的是正负电极、电解液、极片结构和相关的电芯结构设计等组成，提高锂离子电池等充放电能力，会导致正负极活性物质被破坏，影响电池的使用寿命。锂离子的电池的充放电问题牵扯到的组件较多，研究起来比较复杂。按照传统的锂离子电池来说，不替换相关材料和改变部分结构就想提高充放电效率是很难的。所以，对新材料的开发和研究、对新型结构的设计等是提高充放电能力的有效途径。

2.5 低温充放电性能

由于锂离子电池组大多运用到电子设备和汽车中，由于温度原因，大多数电池内的活性物质受温度影响较大。这就导致低温地区的锂离子电池组无法启动或者效率较低，设备使用性能下降。同时低温下锂电池的充电效率也降低了百分之三十多，也不能将电池容量充满，充放电电压明显降低。这对用户造成了比较大的影响，也影响了锂电池的发展。解决低温下锂电池组的性能问题，也是迫在眉睫的事情。

2.6 散热管理

锂电池的散热性能是保证电池质量的主要性能之一。由于电池在工作时会产生大量的热，有电池内部的化学反应热、极化产生的热、电阻产生的焦耳热等。如果不进行及时的散热，有可能会导致电池燃烧、内部元器件损坏、电池爆炸等问题，这会严重危害电池组使用寿命和危害人们的生命财产安全。对锂电池组进行良好的散热管理，在内部结构中安装散热板，在外部加强物理散热，确保电池组具有良好的散热性能。

2.7 BMS存在的问题

BMS系统是对电池进行管理的系统，具有保护各个电池元件、防止过充过放、延长电池使用寿命的能力。但是由于BMS系统发展时间不长，在市场上虽然有多个公司进行相关系统的出售，但是大多数都是换一个系统名称，对系统本身的性能提升不大。而且不同公司的系统参数不同，缺乏一套国际统一的执行系统。而且BMS对电池均衡性的控制能力不强，造成许多能量的浪费，降低了电池的使用效率。

3 结束语

锂离子电池是一种高效、环保、性能强的电池，是现代的主要新能源之一，具有很大的发展前景。但是在现实使用中就发现其还存在许多问题，优化锂离子电池结构、构建完善的产业链、统一锂电池相关参数、加强相关企业的建设和管理，是解决锂离子电池组在使用中存在的问题的有效解决办法。加强对锂电池问题的研究和思考，尽快解决相关难题，提高电池安全性和使用效率，是国家和企业共同努力的方向。

参考文献：
[1] 田雯, 李克锋, 郭兆瑞,等. 锂离子电池组装配过程硅橡胶涂覆量化控制的研究[J]. 中国设备工程, 2020(15):2.

[2] 刘乐浩, 莫金珊, 李美成,等. 纳米颗粒的自组装及其在锂离子电池中的应用[J]. 材料工程, 2020, 48(4):10.

[3] 王帅, 韩伟, 陈黎飞,等. 锂离子电池健康管理问题研究综述[J]. 电源技术, 2020, 44(6):4.