过充循环老化电池产热特性

锂离子电池凭借其良好的性能,在新能源汽车的发展过程中备受青睐,但电池成组后因为电池的不一致性等原因会造成部分电池出现过充电现象,长期循环会影响电池的性能和寿命。本工作对某锂离子电池分别进行了4.3 V、4.4 V和4.5 V的过充循环试验,通过对新电池及过充循环后的电池进行开路电压温度系数测试、混合功率脉冲测试和等温量热测试获得了电池的熵热系数、等效直流内阻和产热功率及产热量,并利用Bernadi产热模型计算了电池的可逆热和不可逆热,综合分析过充循环对电池充放电产热特性的影响。结果表明,高的过充电压对电池性能影响更加明显,与新电池相比,4.3 V、4.4 V过充循环后的电池内阻增加并不明显,4.5 V过充循环后电池内阻最大增加了42.41%;过充循环后的电池熵热系数曲线波动更加明显且幅度随着循环电压的增大而增大;相比于放电,过充循环对电池的充电产热特性影响更明显;在电池产热的热源中,过充循环会先对可逆热产生影响,且随着过充电压的升高,可逆热占比呈现出增大的趋势。

过充循环对锂离子电池老化及安全性影响

由于电池组的不一致性以及充电装置的故障,锂离子电池在使用过程中会出现过度充电现象。为探究过充循环对电池老化及安全性影响,基于电化学阻抗谱法对锂离子电池在过充循环下的衰退过程和老化机理进行了定性与定量研究;对新旧锂离子电池进行了过充安全性测试。结果表明:相比于正常循环,过充循环会使电池容量快速下降,进而加速电池的老化,活性锂离子损失对电池老化影响最大,活性材料损失的影响处于中等水平,而电导率损失对容量衰减的影响较小。随着老化程度的加深,电池的稳定性与安全性变差。在92%SOH后,电池内部在过充测试中出现副反应,并使电池释放的能量大幅增长;79.6%SOH的老化电池最高温度比新鲜电池增长了68%,且实验后电池无法再次使用。电池活性锂离子损失与活性材料损失衰退是引发过充测试中副反应的最相关因素。实验结果可为电池设计和电池管理系统提供参考,以提高电池对过充电的耐受性以及安全性。

过充循环对锂离子电池容量衰减及安全性影响

随着能源问题的出现,锂离子电池已成为人们关注的热点。本工作以18650型NCM811锂离子电池为研究对象,将电池过充至3个不同的截止电压(4.3 V、4.4 V、4.5 V)并循环一定的次数(180次)直到电池容量大幅度衰减,基于测试分析4.5 V过充循环电池的交流阻抗谱和容量增量曲线来定性和定量地研究电池容量衰减机理。研究发现活性锂离子的损失和活性材料的损失是电池容量衰减的主要原因,电池电导率的损失对电池容量衰减影响不大。通过绝热加速量热仪(adiabatic rate calorimeter,ARC)研究新电池,4.3 V、4.4 V和4.5 V过充循环电池在100%SOC下的热失控特征参数(自产热起始温度T_(1)、热失控触发温度T_(2)、热失控最高温度T_(3))。发现在热失控发生过程中,电池达到相同的温度时,4个电池的温升速率大小分别是新电池<4.3 V过充循环电池<4.4 V过充循环电池<4.5 V过充循环电池。电池在经过过充循环之后热稳定性变差。过充循环后,电池的自产热起始温度降低、热失控触发温度降低。

过充条件下三元锂离子电池热安全性分析

为探究锂离子电池在过充条件下的热安全性问题,以18650型三元锂离子电池为研究对象,开展单次与循环过充不同SOC电池在相同条件下的热安全性对比实验。通过锂离子电池到达初爆和热失控节点所用时间、节点处电池表面温度以及电池表面温度峰值,分析单次与循环过充电池的热稳定性和后果严重程度,为评估过充条件下锂离子电池热安全性提供评价指标,为民用航空运输中使用锂离子电池的设备的检验管理、行业的规范发展提供技术支持。结果表明:单次过充后的锂离子电池与循环过充后相比,初爆时间提前20%,温度升高8%,热失控时间提前15%。在综合分析电池热失控现象、最高温度和质量损失后,得出循环过充后锂离子电池的热稳定性优于单次过充电池,但其热失控后果更为严重。