循環(huán)老化對電池安全性能的影響有哪些？
來源：寶鄂實業(yè)
2019-09-03 20:10
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在常溫/高溫循環(huán)老化工況下，電池耐過充電、短路等電濫用的性能變差，主要表現(xiàn)為老化電池在過充電、短路等測試下發(fā)生起火、爆炸，未能通過測試，而新電池均能順利通過上述測試。電池耐電濫用性能下降的主要原因為內(nèi)阻的上升，導(dǎo)致電池在電濫用下的焦耳產(chǎn)熱增加，更容易發(fā)生熱失控。而研究表明，循環(huán)老化衰減前后，電池在針刺、擠壓等機(jī)械濫用下的安全性能變化不大，表明電池的機(jī)械特性基本不隨循環(huán)老化而發(fā)生變化。電池在常溫/高溫循環(huán)老化工況下熱穩(wěn)定性的變化情況與材料體系有關(guān)。
部分研究表明，常溫/高溫循環(huán)老化后，電池在絕熱熱失控測試下的自產(chǎn)熱起始溫度Tonset和熱失控溫度TTR均有一定程度的下降，且自產(chǎn)熱速率也輕微增加，表明循環(huán)老化后的電池在異常的溫度沖擊下更容易發(fā)生自產(chǎn)熱和熱失控；而也有部分研究表明，常溫/高溫循環(huán)后，電池的自產(chǎn)熱速率降低，電池的熱穩(wěn)定性提高。
造成這種區(qū)別的原因主要在于負(fù)極SEI膜在循環(huán)過程中的變化。循環(huán)過程中，部分電池的負(fù)極表面SEI膜的非穩(wěn)態(tài)成分逐漸轉(zhuǎn)化為穩(wěn)態(tài)成分，SEI膜逐漸變得穩(wěn)定，可以更好地保護(hù)石墨負(fù)極，提升了電池的熱穩(wěn)定性；
而部分電池負(fù)極表面的SEI膜在循環(huán)過程中不斷的破裂，重新生成新的不穩(wěn)定的SEI膜，對石墨負(fù)極的保護(hù)作用逐漸衰弱，導(dǎo)致石墨負(fù)極在更低的溫度下就開始與電解液發(fā)生反應(yīng)，電池的熱穩(wěn)定性下降。部分電池在大倍率充電下會出現(xiàn)負(fù)極析鋰，造成電池?zé)岱€(wěn)定性下降。
在低溫循環(huán)老化下，電池的安全性能會發(fā)生明顯的變化，如表1 所示。研究表明，低溫循環(huán)老化后，電池在絕熱熱失控測試下的自產(chǎn)熱起始溫度Tonset 會發(fā)生明顯的下降，在正常的使用范圍內(nèi)（<50 ℃）便有可能發(fā)生自產(chǎn)熱，且產(chǎn)熱速率明顯增加，電池的熱穩(wěn)定性急劇下降。低溫循環(huán)老化后，電池?zé)岱€(wěn)定性下降的主要原因是負(fù)極表面析鋰，析出來的鋰金屬非?；顫姡谳^低的溫度下便可以與電解液發(fā)生反應(yīng)，造成電池自產(chǎn)熱起始溫度Tonset降低和自產(chǎn)熱速率劇增，嚴(yán)重危害電池的安全。
