【原创】新能源汽车锂离子电池析锂检测及安全性研究.pptx

锂离子电池析锂检测及安全性研究Department: 乘用车事业部PVDPresenter: O876*sDATA说

主要内容研究背景基于两款不同容量方形电芯的析锂检测方法研究锂离子电池析锂量对安全性的影响总结与展望12342

研究背景缺乏有效的析锂检测、监控、预警机制；缺乏不同析锂量对电芯安全性能影响的定量评估。近期，市场端新能源汽车频发安全事故，其本质为电池热失控。事故统计表明：充电时事故占比较大不当充电引起的析锂是电池热失控的触发原因之一特斯拉modelS超级快充后自燃蔚来ES8自燃起火当前痛点：负极析锂形貌研究内容：研究两款商用电池析锂特征，并进行析锂检测；开展不同析锂量电池热失控实验，探究析锂对安全性的影响。。析锂电芯特征：热失控的时间大幅缩短，自产热温度及触发温度大幅降低，安全性急剧下降。快充后负极析锂，与电解液反应活性急剧增加。析锂负极与电解液的反应是引发电池热失控的原因。3

研究背景Question：什么是电池析锂？电池为什么会析锂？析锂后有哪些危害？如何进行无损析锂检测？4

研究背景析锂定义析锂类型锂离子电池在充电时，锂离子从正极脱嵌并嵌入负极；但是当一些异常情况：如负极嵌锂空间不足、锂离子嵌入负极阻力太大、锂离子过快的从正极脱嵌但无法等量的嵌入负极等异常发生时，无法嵌入负极的锂离子只能在负极表面得电子，从而形成银白色的金属锂单质，这也就是常说的“析锂”。正极负极析出金属锂析锂展示充电末端易析出金属锂1.什么是电池析锂？5

研究背景因设计原因或使用环境异常等问题导致的负极过电势小于0V是析锂的根本原因（负极过电势=负极固相电势—电解液液相电势—SEI膜压降）正极负极电解液从正极脱出与嵌入负极的不是同一个锂离子！大倍率充电低温充电锂离子从电解液中到最终嵌入到负极颗粒中，要经历几个过程：1.锂离子在电解液中扩散到负极颗粒附近2.锂离子去溶剂化3.在负极表面发生电化学反应（速控步骤）4.锂离子在负极颗粒内部扩散（速控步骤）最后两个步骤速度最慢，容易成为速控步骤，导致负极过电势降至0V以下，析锂发生。2.电池为什么会析锂？6

研究背景3.析锂后有哪些危害容量衰减锂沉积副反应会使锂离子电池的容量（Q）衰减，库伦效率（CE）下降，总能量（E）减少，能量效率（η）下降，内阻（Ri）升高。涉及锂沉积副反应的老化机制如下：沉积在负极表面的金属锂与电解质反应形成SEI膜，堵塞了负极活性颗粒之间的孔隙，减慢了负极反应动力学，使锂沉积副反应加剧。锂的溶解和嵌入过程都有可能破坏电接触并形成“死锂”，使电解液的消耗及容量衰减更严重。“死锂”表面也能形成SEI膜，造成上述后果。热稳定性降低热失控的时间大幅缩短，自产热温度及触发温度大幅降低，安全性急剧下降7

研究背景4.如何进行无损析锂检测？若充电过程中负极析出金属锂，则整个充电及后续的搁置过程划分为4个阶段。8

9研究背景4.如何进行无损析锂检测？析出锂的重嵌入会在电压静置曲线中出现平台，可用于充电析锂定量检测锂重新嵌入过程会引起电池静置电压曲线出现平台对电池静置电压曲线进行微分处理，得到dV/dt曲线，通过求解曲线的极小值，可以求得电压平台的持续时间同时，dV曲线的极小值对应着可逆锂全部嵌入石墨中电压平台持续时间(即dV曲线极小值出现时间)与可逆锂的量存在线性关系，可以用于可逆锂的定量检测-10oC 0oC

研究背景1.什么是电池析锂？无法嵌入负极的锂离子只能在负极表面得电子，从而形成银白色的金属锂单质，这就是常说的“析锂”2.电池为什么会析锂？负极过电势小于0V是析锂的根本原因3.析锂后有哪些危害？1、容量衰减；2、热稳定性降低（电池安全性降低）4.如何进行无损析锂检测?充电后的静置阶段可逆锂回嵌过程会引起电压平台，通过dV/dt可求得曲线极小值，对应可逆锂的回嵌结束，这一过程可用来进行析锂检测QuestionAnswer本文主要研究内容第二章《基于两款不同容量方形电芯的析锂检测方法研究》第三章《锂离子电池析锂量对安全性的影响》本文架构10

基于两款不同容量方形电芯的析锂检测方法研究封装形式方型生产厂家C公司材料体系NCM523/Gr极片工艺卷绕单体容量150Ah电芯尺寸148*102*79mm电压范围3.0~4.25V电池重量2670g循环寿命1500cyc试验样品：电芯A11

基于两款不同容量方形电芯的析锂检测方法研究0℃/10℃0℃/10℃0℃/10℃-5℃/-10℃/-20℃-5℃/-10℃/-20℃-5℃/-10℃/-20℃无析锂信号无析锂信号充电曲线搁置电压曲线搁置电压dV/dt曲线电芯A在0℃/10℃/-5℃/-10℃/-20℃下以不同倍率充电后进行析锂检测，均