关于三元可充电锂离子电芯10V过充失效过程的分析报告 (2).pdfVIP

关于三元可充电锂离子电芯10V过充失效过程

分

析

报

告

2018年10月25日

目录

一、引言错误!未定义书签。

二、三元可充电锂离子电芯10V过充失效实验过程错误!未定义书签。

1、单体电池过充电测试错误!未定义书签。

2、热失控传播测试错误!未定义书签。

3、电芯10V过充失效论证错误!未定义书签。

三、结果与讨论错误!未定义书签。

四、可行性研究结论错误!未定义书签。

一、引言

锂离子电池由于具有高电压、高容量、低自放电率、价格便宜、环境友好等

优点，已经普遍应用在手机、笔记本电脑等3C电子市场，在电动汽车、储能电

站、空间技术等方面也有着极为广泛的应用前景。然而近年来多起锂离子电池着

火爆炸事件极大地影响了用户的信心。安全性问题将决定锂离子电池大规模应用

的程度。锂离子电池的热问题可归结为正常使用条件下的常规发热以及误用或滥

用条件导致的剧烈反应热。文献研究了电池正常充放电条件下的发热行为；文献

究详细探究了电池由于过热导致的热失控问题；文献讨论电池在热失控前不同过

热温度对电池性能产生的影响；文献提出了控制大型动力锂离子电池热安全性的

一般策略。

二、三元可充电锂离子电芯10V过充失效实验过程

储能系统或电动汽车的电池系统一般是由大量的锂离子电池串并联组合而

成，如果充电管理系统发生错误或者充电系统不匹配，或者充电器使用错误都将

造成电池的过充电。众多课题组已经开展了锂离子电池的过充电研究。

1、单体电池过充电测试

文献分别研究了650mAh钴酸锂（LiCoO2）电池正、负极的过充电行为，发

现负极过充电导致负极界面析锂以及高温时电解质的分解是导致电池热失控的

主要原因；文献对650mAhLixCoO2软包电池进行了过充电研究，发现过充电时

x=0.16是热失控是否发生的临界点；文献采用“软”过充电方法研究了

720mAhLiCoO2电池的过充电行为，发现过充电时在负极侧隔膜表面有许多来自

正极的微粒枝晶，造成微短路，加速了电池内部的热反应；文献则从热力学、晶

格结构变化及阻抗谱的角度研究了LiCoO2扣式电池的过充电行为，发现随着过

充电程度的加深熵变、焓变变化较大，阻抗表现为持续增大。

2、热失控传播测试

文献研究了400mAhLiCoO2电池过充电安全性，发现通过钴酸锂表面包覆和

使用电解液阻燃添加剂可以有效提高电池的过充电安全性。目前对于大尺寸三元

正极材料锂离子动力电池的过充电研究相对较少。本文利用绝热加速量热仪

EVARC提供绝热环境，研究大尺寸三元软包动力电池过充电行为，同时探究电池

过充电导致的热失控在电池组中的传播。

3、电芯10V过充失效论证

实验采用16Ah三元软包动力电池，电芯采用叠片工艺，使用陶瓷高温隔膜，

电池尺寸为5.3mm×150mm×250mm。用新威BTS20V100A电池检测设备为电池充

电。用英国THT公司生产的绝热加速量热仪EVARC为实验提供绝热环境。用英国

Pico8通道热电偶数据记录仪TC-08采集电池表面的温度。1.单体电池过充电测

试将电池以0.5C倍率充放电循环3次，然后将电池荷电状态调整至100%荷电状

态（StateofCharge，SOC），搁置1h，将TC-08的2根K型热电偶布置在电池正

负极耳处；将电池正负极分别与BTS20V100A电池检测设备通道线正负连接线相

连接，ARC热电偶贴在电池表面中心处；将电池放入ARC量热腔中，盖好量热腔

顶盖。首先开启TC-08应用软件PicoLogRecorder，然后运行ARC控制程序，待

量热腔Zone温度与Bomb温度达到热平衡之后，锁定exotherm模式，启动

BTS20V100A电池检测设备通道运行程序，用1C倍率过充电至20V。2.热失控传

播测试将4只电池以0.5C倍