(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211237880.5 (22)申请日 2022.10.11 (71)申请人 国网江苏省电力有限公司电力科 学 研究院 地址 211103 江苏省南京市江宁区帕威尔 路1号 申请人 国网江苏省电力有限公司 (72)发明人 黄浩声　陶风波　梁伟　张昱　 尹康涌　黄哲忱　 (74)专利代理 机构 南京纵横知识产权代理有限 公司 32224 专利代理师 许婉静 (51)Int.Cl. H01M 50/342(2021.01) H01M 10/0525(2010.01)H01M 50/103(2021.01) H01M 50/119(2021.01) H01M 50/143(2021.01) H01M 10/058(2010.01) G06F 30/23(2020.01) (54)发明名称 一种磷酸铁锂电池 (57)摘要 本发明公开了一种磷酸铁锂电池， 包括： 电 池本体， 在电池本体的上部设置两个极耳， 在两 个极耳之间设置一安全阀， 其特征在于： 所述安 全阀上设置有压印口， 所述压印口为V形， 通过计 算安全阀V形压印口的损伤值判断安全阀是否断 裂失效； 所述电池本体包括铝壳， 层流外壁贴合 于铝壳内侧壁， 层流内壁设置于层流外壁的内 部， 层流内壁与层流外壁之间为区域II， 层流内 壁的内部为区域I， 铝壳为区域 Ⅲ。 本发明将电池 内部压力转化为外部较易测量的变形量， 提高了 磷酸铁锂电池的安全性。 权利要求书2页 说明书6页 附图6页 CN 115513597 A 2022.12.23 CN 115513597 A 1.一种磷酸铁锂电池， 包括电池本体， 在电池本体的上部设置两个极耳， 在两个极耳之 间设置一安全阀， 其特征在于： 所述安全阀上设置有压印口， 所述压印口为V形， 通过计算安 全阀V形压印口 的损伤值判断安全阀是否断裂失效； 所述电池本体包括铝壳， 层流外壁贴合于铝壳内侧壁， 层流内壁设置于层流外壁的内 部， 层流内壁与层流外壁之间为区域 II， 层流内壁的内部为区域 I， 铝壳为区域 Ⅲ。 2.根据权利要求1所述的一种磷酸铁锂电池， 其特 征在于： 区域I表示被压缩的固体单元所占据的空间， 焦耳热和副反应热源设置在区域I中， 在 区域I中计算副反应气体的压力； 区域Ⅱ表示气体无障碍流动的空间， 在区域 Ⅱ和区域Ⅲ中进行流固耦合分析模拟， 计 算气体流动导 致的铝壳变形。 3.根据权利要求2所述的一种 磷酸铁锂电池， 其特征在于： 在计算气体流动 导致的铝壳 变形过程中， 利用COMSOL  Multiphysics仿真软件进行仿真， 具体步骤如下： p＝pA‑p0  (4) 步骤1： 由公式(1)计算混合气体绝对压力pA； 式(1)中V是区域I气体体积； R是通用气体 常数； t是时间； 利用COMSOL  Multiphysics仿真软件中的化学接口功 能模块， 求解CO2、 H2和CO的副反 应速率 和rCO， 并用作式(2)的源项； 式(3)是流体传 热控制方程， 式中， ρ 为流体密度； Cp为恒压热容； u为流体速度场； q为热 通量； k是导热系数； T是流体温度， c是气体浓度， T是气体温度； 由式(4)计算区域 I表面的压力p， 即层流入口 的边界压力条件； p0表示标准大气压力； 步骤2： 在区域II和区域III中执行流固耦合分析， 由步骤1获得混合气体的流动特性， 选择充分发展的流动和平均压力作为入口边界条件， 在区域 Ⅲ中设置铝壳的力学参数， 包 括杨氏模量、 屈服强度和泊松比， 铝壳为大塑性应 变， 极耳为固定约束。 4.根据权利要求2所述的一种 磷酸铁锂电池， 其特征在于： 所述磷酸铁锂储能电池产 热 类型包括焦耳 热和副反应产热， 焦耳 热Q1根据以下公式计算： Q1＝I2r/Vb  (5) 式中， Q1为焦耳 热速率； I 为充电电流； r为电池等效内阻； Vb为电池体积； 副反应热Q2是各种化学副反应的总和， 由式(6)计算： Q2＝QLi+Qele+QSEI+Qanode+Qcathode  (6) 式中， QLi表示锂枝晶与电解液反应的生热速率； Qele表示电解液氧化分解热速率； QSEI表 示SEI膜分解热速率； Qanode表示阳极 分解热速率； Qcathode表示阴极 分解热速率。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115513597 A 25.根据权利要求4所述的一种磷酸铁锂电池， 其特征在于： 过充过程中， 当石墨阳极的 锂含量达到最大值时， 阳极发生锂电镀， 锂与电解质溶剂发生反应， 如式(7)所示， 锂枝晶与 电解液粘结剂反应生成氢气 当电池温度上升 到90℃‑120℃， SEI膜分解， 反应式如下： (CH2OCO2Li)2→LiCO3+C2H4+CO2  (8) 当温度继续升高到120℃ ‑150℃时， 锂离子电池隔膜开始熔化， 引发电池两级直接接 触， 发生内短路， 电池内部局部内短路产生的热量与内部反应形成正反馈， 进一步引发温度 升高和气体压力增大， 当温度升高至200℃至240℃时， 负极石墨层中的嵌入锂与电解液有 机溶剂(E C)发生如下反应： 2Li+2EC→Li‑O‑(CH2)4‑O‑Li+2CO2  (9)。 6.根据权利要求3所述的一种磷酸铁锂电池， 其特征在于： 通过计算安全阀V形压印口 的损伤值判断其是否断裂失效过程中， 利用COMSOL有限元软件中的固体力学模块， 设置电 池上盖版为固定约束， 式(10)为材 料断裂准则公式， 式中， 是等效塑性应变； σmax是最大主应力； C是材料的损伤值属性数值； 是材料断 裂时的等效塑性应变； 当积分值达到材料的损伤值属性数值C时， 即计算所得损伤值I＝ 1时 材料发生断裂,对于单轴拉伸试验， 最大主应力和等效应 变的关系写为式(12) 式中， rm为平均各向异性系数； 是等效应力； K为硬化系数； n是应 变硬化指数。 7.根据权利要求6所述的一种磷酸铁锂电池， 其特 征在于： 在COMSOL有限元仿真中， 式(10)由式(14)中的增量表示 式中， G为损伤系数， 为等效塑性应 变量。 8.根据权利 要求1所述的一种磷酸铁锂电池， 其特征在于： 安全阀材料采用Al1050 ‑O或 MFX2。 9.根据权利要求1所述的一种 磷酸铁锂电池， 其特征在于： 安全阀压印为半圆形或十字 形。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115513597 A 3