一. 錳酸鋰(LiMn2O4)軟包電池存儲(chǔ)老化后熱穩(wěn)定性測(cè)試[1]

 

 

實(shí)驗(yàn)所用為L(zhǎng)iMn2O4軟包電池，電池具體信息如表1所示。為了加速實(shí)現(xiàn)老化效果，100%SOC電池被分為五組分別在55 ℃存儲(chǔ)了10、20、40、68和90天，隨后在如圖1所示的BTC裝置中進(jìn)行熱穩(wěn)定性測(cè)試。BTC裝置采用類(lèi)似ARC的Heat-Wait-Seek-Track模式，起始溫度40 ℃，步進(jìn)為10 ℃，自產(chǎn)熱速率定義為0.03 ℃/min，實(shí)驗(yàn)停止條件為溫度達(dá)到200 ℃或內(nèi)部壓力超過(guò)2 bar。

 

 

如圖2所示，55 ℃存儲(chǔ)10、20、40、68和90天電池容量保持率分別為92.5%、85.1%、78.5%、71.7%和68.0%。圖3中T1為電池起始產(chǎn)熱溫度，T2為電池電壓下降溫度，T3為電池?zé)崾Э販囟?。如圖3所示，隨著存儲(chǔ)時(shí)間增加、電池老化增大，T1和T3均呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，表明電池的熱穩(wěn)定性逐步增強(qiáng)。

 

本實(shí)驗(yàn)所用為NCA 18650電池，其中NCR18650BF和INR18650-35E質(zhì)量、容量和能量幾乎一致，但前者用于低功率而后者用于高功率；ICR18650HE4的容量和能量相對(duì)較低。18650電池分別用循環(huán)和存儲(chǔ)兩種方式進(jìn)行老化直至容量衰減至80%SOC，其中存儲(chǔ)老化溫度為60 ℃。老化后的電池滿(mǎn)充后在如圖1所示的裝置中進(jìn)行加熱測(cè)試，NCA 18650電池加熱熱失控的大致特征如圖2所示。

 

表2和表3對(duì)比三種不同電池在新鮮狀態(tài)(Status a)、循環(huán)老化后(Status b)和60 ℃存儲(chǔ)老化后(Status c)加熱測(cè)試的特征。其中，ICR18650HE4電池高溫存儲(chǔ)老化后加熱未發(fā)生熱失控。從表3可以看出，相比新鮮電池，循環(huán)老化和高溫存儲(chǔ)老化后的電池在開(kāi)閥和熱失控過(guò)程的熱交換均有所降低。ICR18650HE4電池老化后無(wú)論是產(chǎn)氣量還是放熱量較新鮮電池均有顯著降低，且無(wú)論哪種狀態(tài)ICR18650HE4電池的產(chǎn)氣量和放熱量均是最低的。新鮮狀態(tài)下，NCR18650BF的開(kāi)閥產(chǎn)氣量低于INR18650-35E，而按兩種方式老化后則是NCR18650BF的開(kāi)閥產(chǎn)氣量高于INR18650-35E。更為重要的是，從總產(chǎn)熱量看，高溫存儲(chǔ)老化后電池的產(chǎn)熱量更低，表明高溫存儲(chǔ)老化后電池的熱穩(wěn)定性更高。

 

圖4的信息量非常大，需要仔細(xì)琢磨。現(xiàn)重點(diǎn)分析NCR18650BF和INR18650-35E兩款電池在不同狀態(tài)首次開(kāi)閥時(shí)的氣體特征。在新鮮狀態(tài)，兩款電池首次開(kāi)閥釋放的氣體均為CO2。循環(huán)老化后首次開(kāi)閥，NCR18650BF釋放的還是CO2，而INR18650-35E釋放的氣體除了CO2，還有H2、CH4、CO等。高溫存儲(chǔ)老化后NCR18650BF釋放的大部分是C2H2，剩下的為CO2；而INR18650-35E釋放的氣體中CO2和C2H2分別各占40%，CH4占到20%。