鋰動力電池在常溫下和絕熱狀態下過充現象對比

2020-09-02 ryder

對于那些擔心電池安全的人來說，2019年注定是不平凡的一年，原因有三。首先，今年上半年，一些知名品牌的電動汽車(特斯拉、蔚來汽車、吉利等)著火，引起了社會的廣泛關注。其次，CATL NCM811電池將正式量產供應。吉利幾何A、廣汽Aion S、小鵬G3(2020)等車型將配備NCM811電池組。三是《電動汽車動力電池安全要求》草案已提交WTO，即將發布。孟子曰:“魚與熊掌不可兼得。”對于同樣使用有機電解質的鋰離子電池來說，在當前的技術背景下，對電池能量密度的瘋狂追求意味著犧牲電池的安全。

電池安全始終是相對的，而不是絕對的。在正常安全范圍內，電池的安全性可以得到充分保障。然而，在極端濫用的情況下(如過充、針刺、過放電、加熱等)，電池的熱控制是一個非常可能的事件，甚至是不可避免的。因此,企業電池安全工程師的職責之一是研究電池的失效機理和性能在濫用各種極端條件下,和提高熱控制閾值濫用極端條件下盡可能的前提下綜合考慮電池的性能和成本,以便進一步減少熱控制的可能性。在各種濫用試驗中，過充比較苛刻，特別是對于NCM811系統電池，按照GB/T31485過充試驗起火爆炸是常見的。

圖文簡要分析:

一、基本信息

表1。實驗中使用的電池信息。

圖1所示。電池絕熱過充試驗布置。

如表1所示，實驗所用電池為15個Ah LMO-NMC混合正極的軟包電池。電池正常電壓范圍為2.7-4.2V。電池在弧絕熱熱儀上進行絕熱過充，如圖1所示。在過充測試中，電池沒有被夾住。過充試驗的截止條件為電池電壓達到7.9V。

二、常溫過充

圖2室溫下電池過充結果對比:(a) 1.0c過充;(b) 0.13 c超載。

如圖2所示,在室溫下電池電壓達到7.9 v的過度充電約40分鐘1 C,而大約需要750分鐘的電池電壓達到7.9 v室溫超過收費在0.13攝氏度,和750分鐘/ 40分鐘= 18.75 > 0.13 1 C / C = 7.69,表明超載比例對電池過度充電行為有重要影響,影響并不是一個簡單的線性關系。從電池表面溫度來看，1 C過充的電池表面溫度最高為70℃，0.13 C過充的電池表面溫度最高不超過40℃，電池不失去對熱量的控制。另外值得注意的是，無論是1C過充電還是0.13C過充電，電池電壓都是先上升，然后在5.0V附近出現類似的平臺，最后電壓迅速上升到7.9V截止。超載過程中考慮到當前值是恒定的,作者認為,平臺面積約5.0 v的綜合結果內部阻力的增加,鋰電池短路引起的天然氣生產腫脹,而隨后的快速步電壓7.9 v的結果嚴重電池氣體生產和內部阻力顯著增加的主要因素。

圖3室溫下電池過充對比結果

如圖3所示，將SOC繪制出來，當SOC為160%時，1 C過充電池的截止狀態達到7.9V，而0.13C過充電池的截止狀態在SOC約為270%時達到。與圖2相似，過充電電流越大，電池電壓和表面溫度上升越明顯，并不是簡單的線性關系。鑒于目前傳統的NCM軟包電池1c過充容易出現熱失控，上述測試結果也表明，最終的過充測試結果不僅取決于充電比率，還取決于電池的化學系統、尺寸和容量等。

3.絕熱過度充電

表2。不同比例的絕熱增壓結果總結。

圖4.(a)電池過充0.13C后照片;(b)電池過充0.33C和1.3c的照片。

圖5。不同電池比絕熱過充結果的比較。

與常溫過充不同的是，絕熱過充電池內部產生的熱量不能完全釋放，電池的積熱更為嚴重。如表2所示,圖5,1.3度和0.33度和0.13 C過度充電電池電壓為7.9 V截止時間分別58分鐘,237分鐘和602分鐘,雖然不同于過度充電的時間很接近三個額外的能力(19日至20日啊),電池SOC SOC近230%失敗,電池過度充電溫度非線性有明顯的差異。另外，在常溫過充情況下，0.13C和1 c過充電池都只會膨脹而不失去熱量控制，但在絕熱過充情況下，0.33C和1 c過充電池都起火了，而0.13C過充電池則會破裂。這也說明，與常溫過充相比，絕熱過充的測試條件更加苛刻，電池更容易發生熱失控。