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锂离子电池热冲击试验及失效原因分析

作者: salmon范 编辑: 瑞凯仪器 来源: xh-studios.com 发布日期: 2020.08.14

    热冲击项目分析

    目前标准中热冲击项目要求不尽相同,最常见的是热冲击试验到130℃并保持1小时。其它的要求如: 130℃ /0. 5h、 150℃/10min、150℃/0. 5h。其中150℃ /0. 5h热冲击条件最常出现失效的情况。

    失效原因分析

    在热冲击试验过程中(如150℃),只有内部高温箱的热能、电池内部的活性物质的内能,以及贮存在锂离子电池中的电能。即使是150℃的高温箱温度也不会达到处于满充状态的电池中活性物质的着火点。那么很显然电池失效的原因为电池内部物质电能或者是内能的释放。足够多的热量被释放出来后,将引起电池内部剧烈的化学反应,最后将导致被测物而失效(Fail) 。
    在本测试中,电池本身热量产生的来源有以下几种可能: 
    1)外部高温箱的热量传递; 
    2)阳极化学反应的放热; 
    3)阴极化学反应的放热;
    4)隔膜在高温下收缩或融化,导致阴阳极短路而释放出热量。
    如果阳极材料的热稳定性差,高温下SEI膜分解反应强烈,则阳极在达到150℃后温度会继续上升,并且热失控而放出大量热。
    如果阴极材料的热稳定性差,高温下其和电解液起反应(起始温度约150℃)所放出的热量不断积累后最终使电池内部温度达到热失控而大量放热,此时发送此现象通常是在达到150℃后的10~15分钟左右。
    锂电池所有隔膜由于原料和工艺的不同,它的热稳定性也有所不同。聚丙烯(PP)材料的隔膜熔点在160℃左右,聚乙烯(PE)材料的隔膜熔点在130℃左右,多层隔膜的熔点与其组成成分有关系。当整个电池做150℃热冲击测试时, 可以通过上面的原理进行分析。

    解决方案建议

    如果出现热冲击测试失效,根据上述描述确定了电池的主要发热源后,可以采用热稳定性更高的材料来优化或者改变设计比例方式,使电极在满充状态时处于比较稳定的电压状态。
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