鋰離子電池失效相關(guān)的濫用情況分析
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-10-14 22:17
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鋰離子電池濫用
3.1濫用機(jī)器
破壞性變形和位移是機(jī)械損傷的兩個(gè)常見特征。車輛碰撞和隨后的電池組擠壓或穿孔是機(jī)械濫用的典型情況。
3.1.1碰撞和擠壓
電池組變形很可能發(fā)生在車禍中。電動(dòng)車上電池組的布置影響碰撞時(shí)電池組的響應(yīng)模式[15]。電池組變形可能導(dǎo)致危險(xiǎn)后果：1）電池隔膜撕裂和內(nèi)部短路（ISC）；2）易燃電解液泄漏和可能燃燒。
為了研究電池組的擠壓行為，有必要從材料水平、電池水平到電池組水平進(jìn)行多尺度的研究。
總之，為了研究機(jī)械濫用的機(jī)理，還需要進(jìn)一步完善測試和建模。為了揭示鋰離子電池在動(dòng)態(tài)負(fù)載下的失效機(jī)理，需要對鋰離子電池進(jìn)行精心設(shè)計(jì)的樣機(jī)試驗(yàn)。機(jī)電-熱耦合模型迫切需要評(píng)估isc從電池到電池的潛在風(fēng)險(xiǎn)和潛在tr。
3.1.2穿刺
刺穿是車輛碰撞過程中可能出現(xiàn)的另一種常見現(xiàn)象。與擠壓條件相比，穿刺不當(dāng)可立即觸發(fā)嚴(yán)重的isc。根據(jù)《鋰離子電池強(qiáng)制性試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 31485-2015、SAE J2464-2009等）的規(guī)定，規(guī)定采用穿刺法模擬ISC在濫用試驗(yàn)中的情況。機(jī)械損傷和電氣短路同時(shí)發(fā)生，穿刺濫用更為嚴(yán)重。
3.2電氣濫用
3.2.1外部短路
當(dāng)兩個(gè)有壓差的電極與外部導(dǎo)體連接時(shí)，會(huì)發(fā)生外部短路。蓄電池組的外部短路可能是由于車輛碰撞引起的維修過程中的變形、浸沒、導(dǎo)線污染或觸電引起的。通常情況下，外部短路釋放的熱量不會(huì)像擊穿那樣加熱電池。
3.2.2過充
如表2所示，過量充電是7號(hào)事故的原因。由過充引起的tr比其他濫用條件更為惡劣，因?yàn)檫^多的能量被充入電池。蓄電池管理系統(tǒng)（BMS）充電高壓切斷功能故障是導(dǎo)致過充濫用的常見原因。在電池中，最高電壓的電池首先過充，然后是其他電池。
過充的結(jié)果隨試驗(yàn)條件而變化。一些電池在大電流下爆裂，而在[32]中，只有在小電流下報(bào)告了電池芯的膨脹。高橋等人?！?0】采用不同的實(shí)驗(yàn)設(shè)置進(jìn)行心電核心過充實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，在不受任何限制的情況下，通氣孔不能正常打開的巖芯更容易爆裂。測試結(jié)果的差異，換句話說，低水平的測試重復(fù)性可能會(huì)削弱使用過充作為安全標(biāo)準(zhǔn)中濫用測試方法的有效性。應(yīng)進(jìn)一步深化對過充的研究。在深入了解電池反應(yīng)機(jī)理的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)一種更為實(shí)用的過充試驗(yàn)方法。
3.2.3 過放電
過放電是另一種可能的電氣濫用狀況。通常，電池組內(nèi)電池之間的電壓不一致是不可避免的。因此，一旦BMS未能具體監(jiān)控到任何單個(gè)電池的電壓，具有最低電壓的電芯將被過度放電。
過放電濫用的機(jī)制與其他濫用形式不同，其潛在的危險(xiǎn)可能被低估。在過放電期間，電池組中具有最低電壓的電池可以被串聯(lián)連接的其他電池強(qiáng)制放電。在強(qiáng)制放電期間，極點(diǎn)反轉(zhuǎn)，電池電壓變?yōu)樨?fù)值，導(dǎo)致過放電電池異常發(fā)熱。
過放電可能導(dǎo)致電池容量下降。在過度放電的過程中，陽極的過度脫鋰會(huì)導(dǎo)致SEI的分解，從而產(chǎn)生CO或CO2等氣體，導(dǎo)致電池膨脹[50]。一旦電池在過放電后再充電，將在陽極表面形成新的SEI。同時(shí)，再生的SEI層改變了陽極的電化學(xué)性能[51]，電阻增加，因此容量下降[52]。Yu等[53]報(bào)道，當(dāng)MCMB-LCO電池過放電至0V時(shí)，陽極表面上的SEI層被破壞。重整的SEI層不穩(wěn)定，導(dǎo)致電阻增加。
