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高镍三元锂离子电池热失控诱发与扩散机制研究

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电源技术 2024年第1期48卷 79-86页

作者：田君王垒高洪波胡道中张锟中国北方车辆研究所北京100072 北京海博思创科技股份有限公司北京100084

研究了不同加热功率和过充电电流导致高镍三元锂离子电池的热失控失效机制。在不同加热功率和不同过充电倍率下分别触发电池单体和模组中单体的热失控,并结合电压-电流-温度数据分析、计算流体动力学仿真以及其他辅助手段等研究了高镍... 详细信息

研究了不同加热功率和过充电电流导致高镍三元锂离子电池的热失控失效机制。在不同加热功率和不同过充电倍率下分别触发电池单体和模组中单体的热失控,并结合电压-电流-温度数据分析、计算流体动力学仿真以及其他辅助手段等研究了高镍三元锂离子电池单体和模组热失控的诱发和扩散过程。测试和仿真结果表明:随着加热功率的提高,热失控响应速度逐渐加快,但热失控最高温度呈逐渐下降的趋势;较小的充电倍率可有效抑制热失控和热扩散的发生,而大倍率充电可能引发电池的热失控,由过充电引发的中间电芯的热失控未必造成整个电池模组发生热失控扩散现象。

关键词：锂离子电池热失控加热过充电

室温钠-硫电池电解液的研究现状与展望(Ⅲ)[续(Ⅱ)]

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电池 2024年第3期54卷 291-296页

作者：侯润乔袁守怡王永刚复旦大学化学系上海200438 昆明理工大学冶金与能源学院云南昆明650031

3.1.3 磷酸三甲酯(TMP)室温钠-硫电池所用传统电解液具有高度挥发性和易燃性,在滥用条件下(如冲击、过热和过充电等)面临较大的火灾和爆炸风险[84-86]。磷酸盐溶剂是一种本质上不可燃的有机溶剂,可用作阻燃添加剂[87]。磷酸三甲酯(TMP)... 详细信息

3.1.3 磷酸三甲酯(TMP)室温钠-硫电池所用传统电解液具有高度挥发性和易燃性,在滥用条件下(如冲击、过热和过充电等)面临较大的火灾和爆炸风险[84-86]。磷酸盐溶剂是一种本质上不可燃的有机溶剂,可用作阻燃添加剂[87]。磷酸三甲酯(TMP)因具有黏度(2.3 mPa·s)低、介电常数(21.6)较高和液相温度范围(-46~197 ℃)较宽等特点而富有前景[88],但是TMP在碳负极和钠负极上难以形成稳定的SEI膜[89]。

关键词： SEI膜过充电磷酸三甲酯碳负极电池电解液阻燃添加剂易燃性介电常数

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锂离子电池产品质量安全风险监测研究

电池 2024年第3期54卷 395-398页

作者：邓晶晶李智星谢天泽颜普东郎宏志成都产品质量检验研究院有限责任公司四川成都610100 成都市产品质量监督检验研究院四川成都610100

介绍锂离子电池产品质量安全状况,分析产品可能存在的质量安全风险。对市场抽查的60批次18650/26650型锂离子电池产品的安全性能进行分析,测试常温外部短路、过充电和热滥用试验项目等。60批次18650/26650型锂离子电池产品,8批次常温外... 详细信息

介绍锂离子电池产品质量安全状况,分析产品可能存在的质量安全风险。对市场抽查的60批次18650/26650型锂离子电池产品的安全性能进行分析,测试常温外部短路、过充电和热滥用试验项目等。60批次18650/26650型锂离子电池产品,8批次常温外部短路项目检出问题,问题检出率为13.3%;1批次过充电项目检出问题,问题检出率为1.7%;4批次热滥用项目检出问题,存在起火、爆炸的风险,问题检出率为6.7%。存在问题可能是因为:锂离子电池本身在工艺设计或生产过程中缺乏安全保护措施、未严格执行锂离子电池产品相关标准以及消费者的使用习惯或者安全意识不强等。

关键词：锂离子电池 18650型电池 26650型电池质量安全风险监测短路过充电热滥用

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新能源汽车动力电池“过充电-热失控”安全防控技术研究综述

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机械工程学报 2022年第10期58卷 112-135页

作者：周洋捷王震坡洪吉超曲昌辉山彤欣张景涵侯岩凯北京理工大学电动车辆国家工程研究中心北京100081 北京科技大学机械工程学院北京100083 北京科技大学顺德研究生院佛山528000

锂离子动力电池具有高能量密度、低放电率和长寿命等优点,是新能源汽车的核心部件之一。概述新能源汽车动力电池“过充电-热失控”内外机理和外部特征,并提出过充热失控防控技术新思路。介绍触发动力电池过充热失控的内外部因素及产热... 详细信息

锂离子动力电池具有高能量密度、低放电率和长寿命等优点,是新能源汽车的核心部件之一。概述新能源汽车动力电池“过充电-热失控”内外机理和外部特征,并提出过充热失控防控技术新思路。介绍触发动力电池过充热失控的内外部因素及产热、释气等主要外部表征,总结不同触发条件下过充热失控反应机理及特征阶段划分,阐述了当前针对动力电池“过充电-热失控”研究常用的电化学和热力学建模方法;重点归纳了当前动力电池防控过充热失控的常用技术手段及优缺点。基于新能源汽车大数据平台和实车运行数据,提出动力电池过充热失控“六步分析法”,为未来面向实车安全运行的动力电池过充热失控防控新技术研究提供了思路,填补了本领域缺少中文综述的空白。

关键词：新能源汽车动力电池过充电热失控安全防控

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过充电诱发电动车用锂电池热失控行为分析

中山大学学报（自然科学版）（中英文） 2022年第6期61卷 136-143页

作者：袁威梁栋褚燕燕刘一荣中山大学材料科学与工程学院广东广州510006 广东省消防科学与智能应急技术重点实验室广东广州510006 中山大学智能工程学院广东广州510006 中国信息通信研究院北京100191

以电动车用锰酸锂电池(LiMn_(2)O_(4))为研究对象,采用理论分析与试验相结合的方式,探究不同过充电倍率下锰酸锂电池的热失控行为特征。结果表明:高倍率过充条件下,电池更快达到热失控状态。3C倍率过充条件下,电池达到热失控的平均时间... 详细信息

以电动车用锰酸锂电池(LiMn_(2)O_(4))为研究对象,采用理论分析与试验相结合的方式,探究不同过充电倍率下锰酸锂电池的热失控行为特征。结果表明:高倍率过充条件下,电池更快达到热失控状态。3C倍率过充条件下,电池达到热失控的平均时间比1.5C倍率缩短233.4%。过充电倍率对电池的影响主要体现在缓慢温升和快速温升两个阶段,控制措施应当在这两个阶段介入。

关键词：电动车锰酸锂电池热失控过充电

过充电触发的LFP和NCM锂离子电池的热失控行为:差异与原因

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储能科学与技术 2022年第5期11卷 1419-1427页

作者：李磊李钊姬丹牛慧昌广州工业技术研究院广东广州511458

软包锂离子电池相比较于硬壳电池具有更高的能量密度,由于特殊的电池结构软包锂离子电池具备特殊的热失控行为和规律。本工作研究了以磷酸铁锂(LFP)和镍钴锰酸锂(NCM)材料为正极的两种软包锂离子电池在不同的倍率(0.5~3 C)电流下过充电... 详细信息

软包锂离子电池相比较于硬壳电池具有更高的能量密度,由于特殊的电池结构软包锂离子电池具备特殊的热失控行为和规律。本工作研究了以磷酸铁锂(LFP)和镍钴锰酸锂(NCM)材料为正极的两种软包锂离子电池在不同的倍率(0.5~3 C)电流下过充电后的失效和热失控行为,分析了电池的质量损失、失效电压、电池温升方面的差异。结果表明,LFP和NCM电池在过充电后均会因发生副反应生成气体导致铝塑膜外壳破裂,1 C倍率电流下LFP电池在充电至133.4%带电状态(SOC)时发生破裂,并导致电池失效,而NCM电池在充电至143.8%SOC时破裂,随后诱发热失控和着火。电池破裂电压均随充电倍率的增加(0.5~3 C)而呈现先增大后减小的趋势,在1.5 C时破裂电压最高,LFP电池的破裂电压高于NCM电池。此外,LFP和NCM电池的质量损失范围分别为2.07%~5.82%和28.51%~36.75%,随充电倍率变化不明显。研究还揭示了LFP和NCM电池过充电过程中温度升高的不同阶段特征,并从材料分子结构的角度对该差异的原因进行了分析。研究结果可为新能源汽车用锂电池单体选型提供参考。

关键词：软包锂离子电池失效热失控过充电磷酸铁锂镍钴锰酸锂

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大容量锂电池模组过充热失控分析

时代汽车 2024年第6期 135-137,148页

作者：宋毓聪郭跃崔佳斌宋冬冬杨洪宇中汽研汽车检验中心(常州)有限公司江苏省常州市213000

为提高动力电池的安全性,降低热失控的风险,以某款标称容量为166Ah的大容量锂电池模组作为研究对象,在常温25℃试验环境下,利用充放电测试系统以1/5C恒流对电池模组进行过充电热失控试验,研究其过充电热失控的反应特点和行为特性。结果... 详细信息

为提高动力电池的安全性,降低热失控的风险,以某款标称容量为166Ah的大容量锂电池模组作为研究对象,在常温25℃试验环境下,利用充放电测试系统以1/5C恒流对电池模组进行过充电热失控试验,研究其过充电热失控的反应特点和行为特性。结果表明:在常温25℃试验环境下,该电池模组充电至154%SOC,发生热失控行为。过充热失控反应存在明显的演变过程,热失控发生前电芯一致性变差,内部电压的下降时间超前于模组的热失控异常升温时间,对热失控进行预警。

关键词：锂电池模组过充电反应特点行为特性

基于电化学阻抗谱的锂电池过充电阻抗特性与检测方法研究

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中国电机工程学报 2023年

作者：董明刘王泽宇李晓枫贺馨仪熊锦晨罗阳张崇兴任明电力设备电气绝缘国家重点实验室(西安交通大学)

目前以锂电池为主的电化学储能单元及系统应用日益广泛，而锂电池在实际使用中频发因过充电滥用引发电池故障的情况，因此实际电池的过充电状态准确检测一直是该领域的难点和瓶颈问题。针对此，本文采用电化学阻抗谱技术对单体电池过充... 详细信息

目前以锂电池为主的电化学储能单元及系统应用日益广泛，而锂电池在实际使用中频发因过充电滥用引发电池故障的情况，因此实际电池的过充电状态准确检测一直是该领域的难点和瓶颈问题。针对此，本文采用电化学阻抗谱技术对单体电池过充电行为及过程开展检测研究，在实验室设计并制定了电池过充电模拟循环实验，利用弛豫时间分布法对锂电池阻抗特性进行分析；在获得电池阻抗特性的基础上，对电池弛豫时间分布曲线进行解析；最后筛选阻抗特征参量为模型输入量，构建支持向量机模型进行电池过充电检测。结果表明：弛豫时间分布曲线中的极化峰P1对应锂离子在SEI膜中的扩散过程、极化峰P2对应电子在正极材料中的扩散过程、极化峰P3对应锂离子在电极界面的氧化还原反应。过充电会导致电池欧姆内阻、SEI膜内阻与电荷转移电阻的增长速率最大为正常循环的266%、360%和182%，其中SEI膜内阻为主要因素。电化学阻抗谱的阻抗特征参量以及支持向量机模型可以用于锂电池过充电检测，估计精度达93.24%。不仅可掌握电池的运行状态，还可对过充电进行有效辨识，将具有显著的学术及工程研究意义。

关键词：锂离子电池弛豫时间分布电化学阻抗谱过充电支持向量机

过充电条件下锂离子电池安全性及热失控防护研究

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过充电条件下锂离子电池安全性及热失控防护研究

作者：卢东辰哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

随着新能源汽车的逐渐普及,关于其起火事故的报道屡见不鲜。过充电是事故主要诱发原因之一,具有发生突然、无明显征兆且火势蔓延难以阻止的特点。因此本文研究了软包锂离子电池过充电后安全性变化的规律,并从主动和被动两个方面分别对... 详细信息

随着新能源汽车的逐渐普及,关于其起火事故的报道屡见不鲜。过充电是事故主要诱发原因之一,具有发生突然、无明显征兆且火势蔓延难以阻止的特点。因此本文研究了软包锂离子电池过充电后安全性变化的规律,并从主动和被动两个方面分别对热失控防护进行研究,分别构建出了电池热失控预警系统,并利用气凝胶材料对阻止过充电引发热失控在电池组内的蔓延进行了探索。在4.6V、4.8V、5.0V截止电压下进行过充电实验。对循环后电池进行基本性能测试发现,单次循环后电池容量略有增加,内阻略有减小,多次循环后容量衰减,内阻增大,容量和内阻的变化程度与循环次数和过充截止电压有关。对循环后电池进行使用性能测试发现,过充后电池比正常电池放电时间减少、电池温度分布不均匀性增加并且温升增加最多可达4℃,使用时安全隐患增加。对电池以5种倍率进行过充热失控实验,并验证了可重复性。实验中电池会经历膨胀、破裂、排气、热失控的过程;电压会经历五个阶段,但第四阶段电压突升现象并不常见;温度加速升高,电池表面最高温度位置及表面温差不断变化。不同倍率实验中,充电倍率增加,电池热失控时间变短,热失控时SOC值减小;电池临界、平台温度增加,热失控温度则在90℃至100℃间波动;得到了电池的临界、平台、峰值电压随倍率线性增大的规律及关系式;热失控后电池质量损失增大,说明热失控剧烈程度增加。通过热失控实验数据得出以电压、温度和温差为主要参量的热失控阶段判断表达式,由此设计了过充电热失控三级预警模型并用Simulink进行了实现和验证。以1.5C验证结果为例,模型可在过充电后60s发出一级预警,1250s发出三级预警,比热失控分别提前207s和1397s,能够满足国标在发生事故5min前发出警告的要求。进行了过充电引发的热失控传播与阻断实验。通过对热失控传播实验过程的分析,得到了热失控在模组中线性传播,传播速度逐渐加快但热失控剧烈程度降低,电压特征变化突然的特点。热失控阻断实验表明,气凝胶类的阻燃材料可以完全阻断热失控在电池模组中的传播,热失控电池相邻电池的温度下降最大为84.52%、最小为81.17%,同时可以大幅降低传播过程中温升速率并延缓其温度升高。

关键词：电池安全过充电热失控热失控预警热失控阻断