鋰電池怕高溫嗎？
來源：寶鄂實業(yè)
2019-04-20 22:17
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隨著全球各國禁售燃油車時間表的陸續(xù)公布，新能源產(chǎn)業(yè)再次迎來一波發(fā)展熱潮。可以預(yù)見的是鋰電池未來在電動車行業(yè)將會被廣泛應(yīng)用。
電動車鋰電池主要分三大類，第一三元鋰，也是目前使用最多的一種鋰電池，第二磷酸鐵鋰，第三鈦酸鋰，其中鈦酸鋰普及很低，使用的人很少。第一現(xiàn)在天能超威和各大廠家出的基本上都是三元鋰電芯為主，其中天能鋰電用的是18650鋰電池，超威鋰電主要是軟包三元鋰，都屬于三元鋰類型，3.7V，充滿電4.2V。
比如18650電芯是3C放電，你電動車是8000W的，用的電芯低于你的電動車放電電流，這樣會導(dǎo)致鋰電池溫度過高，電流過大而壽命變短，還會出現(xiàn)鼓包報廢的情況，如果你的電動車功率非常大，速度非?？欤ㄗh選擇10C電流的18650電芯，這樣選擇合適的電芯顯然非常重要！
第三就是滿電存放，三元鋰電滿電是4.35V，目前市面上的保護(hù)板都是4.2V就截止充電，所以很多人買到電動車鋰電池都說沒有標(biāo)稱的容量多，其實就是這個原因，一般長時間存放電動車鋰電池，充滿半分之50的電視最好的，比如你買新手機(jī)，很多都是開機(jī)百分之50的電量。如果滿電存放時間長，會讓鋰電池容量減少。磷酸鐵鋰和鈦酸鋰除外，這兩種是可以滿電存放的，還需要注意的就是選擇品質(zhì)較好的保護(hù)板，鋰電池最大的禁忌就是過沖過放，三元鋰一次過放就報廢，過沖必定鼓包也報廢。
與其他類型的電池相比，鋰離子電池發(fā)熱較大，其氣體排放，爆炸、起火的風(fēng)險更高。這些風(fēng)險還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有被充分理解，而通過研究和事故分析是有可能提高系統(tǒng)安全性的。風(fēng)險的類型和嚴(yán)重程度取決于不同的應(yīng)用和電池系統(tǒng)的大小。由于電池和模塊故障的可傳播性，隨著電池系統(tǒng)尺寸的增加，故障后果可能會顯著增加。
鋰離子電池包含所有必要的火焰三角形的三個部分; 熱/點(diǎn)火器，可燃物質(zhì)和氧氣。此外，一旦過熱，典型地從70℃~120℃開始，鋰離子電池開始臌脹并能夠釋放氣體（排氣）。排出的氣體易燃且有毒。如果溫度足夠高，達(dá)到的150℃~200℃，電池自生熱進(jìn)入加速階段，熱失控（TR）可能發(fā)生。術(shù)語熱失控的起始溫度是指放熱反應(yīng)開始并最終導(dǎo)致熱失控的溫度，而熱失控溫度是指熱失控的非?？焖俚臏囟壬摺崾Э赝ǔ０殡S著大量煙氣釋放，可能伴隨電池箱破損，燃燒或瓦斯爆炸。因此熱失控過程存在兩種主要類型的爆炸：電池殼體爆炸和與空氣混合的可燃排放氣體的氣體爆炸。圓柱形和硬質(zhì)方形電池可以產(chǎn)生高內(nèi)部壓力，因此設(shè)計為通過內(nèi)置電池安全閥釋放氣體，但是如果排氣故障，電池內(nèi)部可能會產(chǎn)生極大的壓力，導(dǎo)致電池殼體爆炸。有兩種這樣的爆炸形式，一種是電池內(nèi)部的爆炸，另一種是封閉或半封閉外殼中積累的可燃?xì)怏w與空氣的混合氣體延遲點(diǎn)燃引起的爆炸?？扇?xì)怏w爆炸的后果可能比電池爆炸的后果嚴(yán)重得多。
排出的氣體可以包含溶劑蒸發(fā)和分解生成的產(chǎn)物，例如CO，CO2，H2，CH4。除CO外，還可以釋放大量不同的有毒化合物，包括氟化物氣體。氟化氫（HF）已經(jīng)引起了最多的關(guān)注，是非常有毒的氣體 。很少有已經(jīng)發(fā)表的研究報告說明商業(yè)鋰離子電池濫用期間釋放的HF量，和電解質(zhì)燃燒釋放的HF的量 。電池中的氟來自鋰鹽，如LiPF 6，而且還來自電極粘合劑，如PVdF，電極材料和涂層，例如氟磷酸鹽和AlF3陰極涂層，以及含氟添加劑如阻燃劑。電池安全性非常復(fù)雜，整體觀點(diǎn)非常重要，例如通過引入AlF3涂層，熱失控發(fā)生的風(fēng)險可以降低，而有毒氟化物氣體排放和氣體爆炸的風(fēng)險可能會增加。因此整體安全難以評估，這取決于電池的大小和情況，并且對一個參數(shù)的改進(jìn)實際上可能會惡化整體安全性。
有許多不同類型的濫用測試，常見的是外部加熱。有幾種類型的外部加熱方法適用于鋰離子電池，例如在烘箱中加熱，通過IR輻射加熱，加熱膜或其他加熱器，在密閉腔室內(nèi)使用加熱速率熱量計（ARC）或其他類型儀器。到目前為止，針對新電芯的研究很多，但很少有研究衰老對安全性的影響的。元件的性能在老化過程中可能會發(fā)生變化，但實際要求卻是，在整個電池壽命期間都需要具有高電池安全等級。老化通常以日歷和周期老化的形式出現(xiàn)。為了縮短測試時間，存儲和循環(huán)所述電芯通常在升高的溫度下進(jìn)行，例如35 - 55°C，但是，在這些溫度下的測量結(jié)果與在環(huán)境溫度下使用時所獲得的數(shù)據(jù)并不完全相同，例如20℃，因為可能發(fā)生其他方面的分解反應(yīng)。鋰離子電池的老化過程是非線性的和復(fù)雜的 ，還沒有被完全理解。例如，在老化期間，固體電解質(zhì)界面（SEI）層發(fā)生變化，SEI在熱失控的早期階段發(fā)揮重要作用。有研究利用量熱技術(shù)描述了SEI這種改性的演變，利用XRD，XPS，SEM和拉曼光譜分析表面，描述了熱失控的三個主要階段。
有試驗通過ARC測試研究了日歷老化的索尼18650電池的熱穩(wěn)定性，發(fā)現(xiàn)老化電芯開始放熱溫度高達(dá)70°C，說明老化電芯顯示出更高的放熱開始溫度。
另外有人研究了經(jīng)過10次和200次循環(huán)后0.75 Ah非商用石墨/鋰鈷氧化物（LCO）鋰離子電池，發(fā)現(xiàn)在針刺濫用試驗中，200次循環(huán)后熱安全性下降。
有人研究了在60℃下儲存至36周的2 Ah石墨/ LMO-NMC Li離子18650電池，在ARC測試中發(fā)現(xiàn)36周齡電芯的放熱反應(yīng)和熱失控起始溫度較低。
相反，另外有人研究了在55°C儲存10到90天的4.6 Ah石墨/ LMO鋰離子電池，發(fā)現(xiàn)自熱和熱失控的起始溫度隨著老化的增加而增加。
另一個試驗，研究了1.5 Ah石墨/ LMO-NMC高功率Li離子18650電池在ARC測試中對循環(huán)老化的熱響應(yīng)的影響，發(fā)現(xiàn)第一個放熱響應(yīng)以及熱失控的開始溫度顯著降低，起始溫度低至30.7℃，并且在- 10°C進(jìn)行的1C循環(huán)的電池的陽極上也發(fā)現(xiàn)鍍鋰現(xiàn)象。
一組人研究了石墨/ NMC 18650新的和循環(huán)老化電芯在0℃至70％健康狀態(tài)（SOH）下使用1C的ARC測試的安全性。老化電芯熱安全性降低，其具有低至30℃的自熱起始溫度以及較早的熱失控。同一作者還通過針刺濫用試驗研究了安全性，并發(fā)現(xiàn)老化電芯具有延遲但更劇烈的熱失控。一般情況下，低溫循環(huán)陽極鍍鋰和以過高的電流充電，都會提高鋰離子電池的風(fēng)險性。
本次研究涉及的工作中，研究了在20°C和60°C下儲存的未循環(huán)電芯以及100，200或300個C/2深度循環(huán)電芯的鋰離子電芯安全性，所有電芯的類型相同，一種商用6.8 Ah石墨/ LiCoO 2 鋰離子電池。通過外部加熱（烘箱）形式的濫用測試評估安全性，同時進(jìn)行FTIR氣體測量。進(jìn)行一次ARC測試以比較安全評估方法。
