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动力电池老化后的电池安全性

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就像人出生后就在开始慢慢变老一样,动力电池自化成分容量后就开始了老化过程,时间永远是把杀猪刀。老化对于动力电池安全性的影响一直是很重要的话题。有没有可能出现新鲜电池安全性很好,能通过过充、加热等各项安全测试,而老化后电池安全性变差的情况呢?这是很多人都关心的问题。

一. 锰酸锂(LiMn2O4)软包电池存储老化后热稳定性测试

表1. 实验用LiMn2O4软包电池信息

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图1. 电池热稳定性测试装置,其中BTC为battery test calorimete。

实验所用为LiMn2O4软包电池,电池具体信息如表1所示。为了加速实现老化效果,100%SOC电池被分为五组分别在55 ℃存储了10、20、40、68和90天,随后在如图1所示的BTC装置中进行热稳定性测试。BTC装置采用类似ARC的Heat-Wait-Seek-Track模式,起始温度40 ℃,步进为10 ℃,自产热速率定义为0.03 ℃/min,实验停止条件为温度达到200 ℃或内部压力超过2 bar。

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图2. 55 ℃存储电池容量保持率同存储时间关系曲线。

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图3. 随着存储时间延长电池热稳定性变化。

如图3所示,55 ℃存储10、20、40、68和90天电池容量保持率分别为92.5%、85.1%、78.5%、71.7%和68.0%。图3中T1为电池起始产热温度,T2为电池电压下降温度,T3为电池热失控温度。如图3所示,随着存储时间增加、电池老化增大,T1和T3均呈现上升趋势,表明电池的热稳定性逐步增强。

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图4. 55 ℃存储不同时间电池在不同温度下的自产热速率曲线。

如图4所示,与图3结果类似,随着存储时间的延长同等温度下老化电池的自产热速率不断降低,表明老化后电池的热稳定性确实提高。作者推测原因可能是:(1)老化过程消耗了电池活性材料,导致热失控阶段活性材料量减少;(2)老化形成的非活性层覆盖住了部分活性位点,使得热失控过程副反应程度降低。

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