磷酸铁锂储能电池过充热失效特征参量研究_宿磊.pdf

2023年11月电工技术学报Vol.38No.21

第38卷第21期TRANSACTIONSOFCHINAELECTROTECHNICALSOCIETYNov.2023

DOI:10.19595/ki.1000-6753.tces.222303

磷酸铁锂储能电池过充热失效特征参量研究

宿磊1余嘉川2杨帆1杨志淳1章程2

（1.国网湖北省电力有限公司电力科学研究院武汉430077

2.等离子体科学和能源转化北京市国际科技合作基地（中国科学院电工研究所）北京100190）

摘要锂电池的安全性，是掣肘锂电池储能技术发展的重要问题。为探究锂电池过充热失效

的特征参量，采用两段式充电对100A·h磷酸铁锂储能电池展开过充实验。通过检测特征气体、

电压、温度等参量，对热失效早期锂电池行为进行了研究，并对停止过充后锂电池的风险状况进

行了分析。气体检测仪和气相色谱仪检测结果表明，H2为出现最早且含量最高的气体，在特征气

体中占比达到62%以上，能够在热失效前至少3min完成预警，最适合作为预警气体；其次为CO

和烃类气体，烃类气体中C2H4含量最高，达到烃类气体总量的78.5%。分段式充电结果表明，在

锂电池发生热失效前的电压迅速上升期停止充电，能避免热失效发生。停止过充后电池表面温度

仍会继续上升，说明电池内部副反应放热仍在继续，可能促使热失效的发生。

关键词：磷酸铁锂电池热失效气相色谱气体预警

中图分类号：TM912

0引言池进行过充实验，研究其失效机理，发现在过充过

程中产热量大于散热量会导致热失效，且充电倍率

为响应我国“双碳”目标，实现能源产业优化升

越大，产热量越大，热失效发生越早[9]。T.Grandjean

级，光伏、风电等清洁能源如雨后春笋般蓬勃发展。

等对20A·h软包磷酸铁锂（LithiumIronPhosphate,

储能电站因能够调节峰谷用电，抑制新能源并网造

[1-2]LFP）电池在开放环境下充放电过程中的热梯度进

成的电力输出波动而被广泛关注，发展迅速。

行了研究，发现温度梯度会随着充电倍率的增加和

锂电池作为储能电站的基础单元，稳定的充放

电状态是储能电站正常运转的重中之重[3-5]。然而，温度的降低而提高[10]。Y.Fernandes等采用气相色

谱仪（GasChromatography,GC）和傅里叶红外变换

锂电池在具有比能量高、循环寿命长等优点的同时，

（FourierTransformInfrared,FTIR）光谱仪相结合的

其热失效造成的燃烧、爆炸和毒害气体所蕴含的安

全隐患也是巨大的[6]。特别是在储能电站中，一旦方式对磷酸铁锂电池过充热失效产生气体进行了详

细的分析，实现了对气体挥发性有机化合物

单个锂电池发生热失效，会造成热量在相邻电池间

[11]

（VolatileOrganicCompounds,VOC）产物的分类。

迅速传递，最终发展