动力电池轻度电滥用积累造成的性能和安全性劣化研究

发布时间：2021-10-10 14:10

　　随着车用和储能用锂离子电池能量密度的不断提高,锂离子电池在其整个生命周期的安全性已成为这项技术持续发展的关键问题。电池在使用中出现的电滥用行为对其性能和安全性具有严重影响,然而轻度电滥用积累造成的影响常常由于短时间内反馈不显著而被忽略。本文针对锂电池在电动汽车和电网储能实际使用中最可能遇到的轻度过放电现象,结合电化学测试、断层扫描分析和材料表征技术进行了"材料-电池-性能"多层级分析,并基于中子成像技术深入分析了轻度过放电积累对电池锂元素状态造成的影响。 

【文章来源】：储能科学与技术. 2020,9(02)CSCD

【文章页数】：9 页

【部分图文】：

电池样品在轻度过放电循环工况下放电容量随循环次数的变化趋势

图1 电池样品在轻度过放电循环工况下放电容量随循环次数的变化趋势从图2可以看出，电池在第1次～第5次轻度过放电过程中，容量-电压曲线形状非常接近，具体为：电池电压在下降至3.5 V左右达到工作电压范围内的放电平台，并在电压下降至1.3 V左右时达到常规放电容量的105%，放电工步结束。而从第6次轻度过放电开始，电池的放电截止电压出现了显著下降，并在1.1 V左右出现了新的过放电电压平台；从第15次轻度过放电开始，电池电压下降至0 V，并分别在1.1 V和0 V左右出现两个过放电平台。基于过往文献对于锂离子电池过放电的研究，1.1 V和0 V左右出现两个过放电平台分别代表负极铜集流体被氧化为Cu2+的过程和金属Cu在正极表面的沉积过程。另一方面，为了减少电池使用过程中副反应造成的容量影响，商品化电池中锂元素为理论值的1.05～1.1倍，因此在前几次过放电循环中，虽然电池在低电压下发生了不可逆反应，但由于锂元素的轻度过量，没有出现显著的容量衰减现象。然而，轻度过放电过程的积累是如何对商品化锂电池的性能和安全性产生影响的，还需要进一步探究。

电极结构劣化会直接影响电池内部的正负极接触状态，并导致内阻变化，而这一变化会直接影响到电池在充放电过程中的热稳定性。为了分析电池在实际使用过程中的热稳定性变化，对经过不同次数轻度过放电的电池样品进行等温量热（IBC）测试。具体测试方法为：分别将一只新鲜电池经过了5次、10次、15次和19次轻度过放电，并在过放电之前和这4个次数节点后进行等温量热测试，即在25℃条件下以1 C恒流恒压方式充满电并置于IBC设备中，待样品温度稳定后，以0.5 C倍率进行放电，测试该过程中的电池产热功率。测试结果如图5所示。从图中可以看到，电池样品在等温状态下的产热功率曲线呈现“上升-稳定-上升”的趋势，其中稳定阶段对应电池在3.5 V左右的放电平台。放电时间在60 min（对应电池SOC为50%状态）时的产热功率结果如表1所示。图4 不同次数轻度过放电后电池样品的CT扫描横截面图像

【参考文献】：
期刊论文
[1]高比能量锂离子电池硅基负极材料研究进展[J]. 谭毅,王凯.  无机材料学报. 2019(04)
[2]过放电对MCMB-LiCoO2电池性能的影响[J]. 余仲宝,胡俊伟,初旭光,刘庆国.  电池工业. 2006(04)



本文编号：3428529