影響鋰離子電池?cái)D壓實(shí)驗(yàn)的因素有哪些?

來(lái)源：存能電氣  日期：2020-09-21 15:07  瀏覽量：次

影響鋰離子電池?cái)D壓實(shí)驗(yàn)的因素有哪些？隨著鋰離子電池在新能源汽車上的大規(guī)模應(yīng)用，人們開始對(duì)鋰離子電池的安全性給予了越來(lái)越多的關(guān)注，為了保證鋰離子電池的安全性，出廠前都要進(jìn)行一系列的安全測(cè)試，包括擠壓、針刺和短路等實(shí)驗(yàn)，其中擠壓實(shí)驗(yàn)主要是模擬電動(dòng)汽車在發(fā)生事故時(shí)動(dòng)力電池發(fā)生形變后的安全性，對(duì)于動(dòng)力電池的安全性具有重要的參考意義。

影響鋰離子電池?cái)D壓實(shí)驗(yàn)的因素有哪些？

1.電解液對(duì)于擠壓測(cè)試結(jié)果的影響

通常為了便于分析擠壓測(cè)試對(duì)鋰離子電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)的影響，我們會(huì)采用沒(méi)有注入電解液的干電池，或者將電解液蒸干后進(jìn)行擠壓測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表示采用干燥電池得到的擠壓測(cè)試結(jié)果會(huì)比電池的實(shí)際狀態(tài)更大一些，因此干燥電池的擠壓實(shí)驗(yàn)測(cè)試得到的結(jié)果并不能完全代表鋰離子電池的實(shí)際使用情況。

2.擠壓位置對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響

由于鋰離子電池在發(fā)生事故擠壓變形的過(guò)程可能在鋰電池不同的位置，而我們進(jìn)行擠壓測(cè)試時(shí)通常會(huì)選擇將電池的中央位置作為測(cè)試位置。從結(jié)果來(lái)看除非擠壓位置位于鋰離子電池的邊緣上，否則擠壓測(cè)試的位置對(duì)測(cè)試結(jié)果基本上沒(méi)有影響，也就是我們?cè)跀D壓測(cè)試的時(shí)候可以選擇除了邊緣的任何位置。

3.擠壓速度對(duì)于測(cè)試結(jié)果的影響

采用0.2mm/min到20mm/min的速度進(jìn)行擠壓測(cè)試，測(cè)試結(jié)果能夠看到擠壓速度會(huì)對(duì)擠壓測(cè)試的最大作用力產(chǎn)生明顯的影響，例如在20mm/min的速度下，最大作用力為8.4kN，而在0.2mm/mm的速度下最大作用力僅為7.3kN，但是如果擠壓速度在一個(gè)數(shù)量級(jí)上，例如10mm/min和20mm/min，1mm/min和2mm/min就會(huì)得到相同的測(cè)試結(jié)果。

4.擠壓測(cè)試的重復(fù)性

擠壓測(cè)試只能通過(guò)抽樣的方式來(lái)進(jìn)行試驗(yàn)，因此測(cè)試電池得到的試驗(yàn)結(jié)果是否具有可重復(fù)性，能夠多大程度上代表其他同批次電池就成為一個(gè)重要的問(wèn)題。從測(cè)試結(jié)果來(lái)看，不同直徑的擠壓測(cè)試頭在多次擠壓測(cè)試中得到的曲線高度重合，僅僅是在最大作用力上有輕微的差別，這表明擠壓測(cè)試的重復(fù)性非常好，能夠僅僅通過(guò)測(cè)量少量的鋰離子電池表征同批次電池的安全性。

影響鋰離子電池安全的因素

1、熱沖擊對(duì)電池安全的影響

與短路和針刺擠壓相比，熱沖擊溫度較低對(duì)電池的影響不大，溫度較高則導(dǎo)致電池負(fù)極表面SEI膜發(fā)生分解，高度嵌鋰的負(fù)極材料會(huì)與電解液發(fā)生放熱反應(yīng)，此時(shí)電池進(jìn)人危險(xiǎn)期，如果散熱速率較慢就容易導(dǎo)致電池內(nèi)部溫度進(jìn)一步升高，隔膜熔化，電池內(nèi)部發(fā)生短路，溫度急劇升高，引發(fā)正極材料參與反應(yīng)，最后發(fā)生爆炸等危險(xiǎn)事故，這個(gè)過(guò)程一般稱為“熱失控”

2、過(guò)充電對(duì)電池安全的影響

當(dāng)電池發(fā)生過(guò)充時(shí)，不同電極材料由于化學(xué)性質(zhì)不同，產(chǎn)生的影響也不同。在高倍率充電初期，大部分電能通過(guò)可逆的化學(xué)反應(yīng)而被儲(chǔ)存，電池發(fā)熱功率較小，但是在充電后期由于發(fā)生不可逆的化學(xué)反應(yīng)，電能變成了熱能，導(dǎo)致電池溫度迅速升高而引發(fā)一系列的化學(xué)反應(yīng)

在擠壓測(cè)試中，隨著電池變形程度的增加，正負(fù)極集流體會(huì)首先被撕裂，并沿著45°失效線發(fā)生滑移，活性物質(zhì)也會(huì)進(jìn)入到45°失效線內(nèi)，隨著隔膜變形程度的不斷增加，隔膜最終達(dá)到失效點(diǎn)，引起正負(fù)極短路的發(fā)生，擠壓造成的正負(fù)極短路主要是以點(diǎn)狀短路為主，因此會(huì)在短路點(diǎn)產(chǎn)生非常大的電流，熱量集中釋放，引起短路點(diǎn)的溫度急劇上升，因此很容易引發(fā)熱失控。

當(dāng)電池發(fā)生外部短路或受到針刺和擠壓時(shí)，往往很容易導(dǎo)致電池內(nèi)部的隔膜破裂，造成電池在極短的時(shí)間內(nèi)有很大的電流流過(guò)，這樣就直接導(dǎo)致電池內(nèi)部溫度急劇升高，從而在很短的時(shí)間內(nèi)引發(fā)一系列的劇烈反應(yīng)，甚至發(fā)生燃燒、爆炸等安全問(wèn)題。鋰離子電池生產(chǎn)出來(lái)后，在到達(dá)消費(fèi)者手中之前還需要進(jìn)行一系列檢測(cè)，以盡量保證電池的安全性，降低安全隱患。