锂离子电池热冲击试验及失效原因分析
作者:
salmon范
编辑:
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来源:
www.wuhanw.net
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,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,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。