近日，日本長岡工業(yè)大學(xué)的Minoru Umeda教授使用18650型LiCoO2電池為研究對象，將電池在80℃下以不同的SOC水平儲存不同的時間長度。以此，作者總結(jié)分析了電池的熱失控起始溫度，自加熱速率以及每個電池的加熱速率的關(guān)系。發(fā)現(xiàn)了自加熱速率與熱失控起始溫度線性相關(guān)，而相對產(chǎn)熱速率與其呈指數(shù)相關(guān)。充電至100％SOC的電池呈現(xiàn)出熱失控的最低起始溫度。即含能越高，熱失控越容易發(fā)生。

 

圖1a說明第一個達到200°C的電池是C5，其次是C4、C3、C2和C1。在0％和25％SOC條件下，不同存儲時間的電池在達到200°C極限時表現(xiàn)出相似的趨勢。但50％，75％和100％SOC的電池沒有明確的趨勢。

 

對于0%SOC電池，C4和C5電池的熱失控起始溫度約為170°C，而C1、C2和C3電池的熱失控起始溫度約為180°C。

對于25%SOC電池，所有電池（C1-C5）的熱失控起始溫度約為180°C。在50%SOC電池中，C5電池的起始溫度為～160°C，其它電池的起始溫度約為175°C。

對于75%SOC電池，C5電池的起始溫度為170°C，其它電池的起始溫度約為160°C。

對于100%SOC電池，熱失控起始溫度約為150°C。

 

圖3.（a）0％，（b）25％，（c）50％，（d）75％和（ e）100％SOC電池的熱圖。藍色，黃色和紅色條反映了不加熱（dT / dt <0.05°C min-1），自加熱（0.05°Cmin-1≤dT/ dt <1°C min-1），以及熱失控區(qū)域（1°C min-1≤dT/ dt）。

 

自加熱的起始溫度與SOC或儲存劣化條件之間沒有相關(guān)性。較高的SOC會導(dǎo)致較低的熱失控起始溫度）。這種趨勢表明電池SOC比儲存衰減程度影響更大。

 

圖4.在（a）0％，（b）25％，（c）50％，（d）75％，和（e）100％SOC下、鋰離子電池的熱失控測試期間的開路電壓和內(nèi)阻與電池表面溫度的關(guān)系。

 

0％，25％，50％，75％SOC電池在大約120℃時，內(nèi)阻突然增加而OCV減小。隨著溫度進一步升高，OCV降低并且內(nèi)阻增加。使用100％SOC的電池在低于100℃的溫度下觀察到內(nèi)阻的急劇增加，但隨后的行為與其他電池的行為相同。在ARC測量期間，所有電池都顯示出類似的內(nèi)阻和OCV趨勢，并且不依賴于SOC。

 

圖5. 0％，25％，50％，75％和100％SOC鋰離子電池的自加熱速率（左）；0％，25％，50％，75％和100％SOC鋰離子電池在180℃下的相對產(chǎn)熱率（右）

 

自加熱速率計算方式為：Q=Cp m ΔT/Δt（ΔT為電池溫度變化；Δt為電池?zé)崾Э亻_始到200 °C所經(jīng)歷的時間；Cp 為比熱容0.85 kJ kg−1 K−1；m為電池質(zhì)量）。自加熱速率在較高的SOC（75%和100%）情況下會增加，并且這些組中的C2電池的自加熱速率較高。另一方面，對于SOC為50%的電池，C4和C5電池的自加熱率較高。這一變化表明，自加熱速率比80°C下的儲存條件更強烈地依賴于SOC。無論80℃下的儲存條件如何，SOC 100％電池的相對產(chǎn)熱率最高。計算出的相對產(chǎn)熱量與SOC和存儲條件中，100％SOC下的相對產(chǎn)熱率是75％SOC時的相對產(chǎn)熱率的兩倍。此外，100％SOC的新鮮電池表現(xiàn)出比降解電池更高的加熱速率。（相對產(chǎn)熱率：在熱失控試驗（100%SOC）期間，通過將180°C下電池的加熱速率除以180°C下新參比電池的加熱速率）

 

圖6.熱失控的開始。（a）自加熱速率和（b）相對產(chǎn)熱率與熱失控的起始溫度的關(guān)系。符號表示C1（●），C2（■），C3（◆），C4（▲）和C5（▼）的存儲條件; 細胞為0％（黑色），25％（淺藍色），50％（橙色），75％（綠色）和100％（紅色）SOC。

 

0~50%SOC電池的起始溫度大致在相同的溫度范圍內(nèi)，而75%和100%SOC的起始溫度則降低。相對產(chǎn)熱率與熱失控的起始溫度具有很強的指數(shù)相關(guān)性。與自熱速率的相關(guān)性相似，0~50%SOC的熱失控起始溫度幾乎相同，其中相對熱生成速率很小。然而，在75%和100%的SOC條件下，隨著熱失控起始溫度向較低溫度的轉(zhuǎn)變，相對產(chǎn)熱率呈指數(shù)增長。所有數(shù)據(jù)點顯示熱失控起始溫度與SOC之間的指數(shù)關(guān)系，與儲存條件無關(guān)。通過改變本研究中的儲存條件，證明在100%SOC下測試的所有電池都是熱不穩(wěn)定的，表現(xiàn)出較低的熱失控起始溫度。