热失控条件下21700型锂离子电池危险性分析

发布时间：2021-01-24 06:01

　　针对锂离子电池热失控引发的民航运输安全问题,利用自主设计的试验平台,以21700型三元锂离子电池为研究对象,探究了不同荷电状态（SOC）的锂离子电池热失控危险特性,包括表面温度、开路电压、电池内阻与质量损失。研究结果表明:21700型单体锂离子电池比18650型锂离子电池额定容量增加了35%,能量密度提高了20%,若出现热安全问题时会更加危险。随着SOC的增加,21700型锂离子电池发生初爆与燃爆的时间间隔缩短。当SOC为20%时,初爆与燃爆时间间隔最长,为471 s;当SOC为40%、60%、80%和100%时,初爆与燃爆时间间隔分别缩短2.5%、18.0%、26.5%和34.0%。锂离子电池发生热失控过程中的表面温度峰值、温升速率与质量损失均随着SOC的增加而增加。锂离子电池在不同荷电状态下发生热失控时,开路电压和电池内阻变化具有一定的规律性。 

【文章来源】：河南科技大学学报(自然科学版). 2020,41(06)北大核心

【文章页数】：8 页

【部分图文】：

试验平台示意图

锂离子电池的热失控过程中存在3个重要温度节点(A1,A2,A3),A1为电池开始自产热的温度节点,A2为热失控起始温度节点,A3为热失控最高温度节点。文献[16]发现:三元锂离子电池在热失控过程中,5种SOC(20%、40%、60%、80%和100%)锂离子电池的自产热起始温度A1分别为127.5 ℃、123.3 ℃、123.6 ℃、124.0 ℃和105.6 ℃,锂离子电池的自产热起始温度受SOC的影响较小。当温升速率超过8 ℃·s-1时,定义锂离子电池发生热失控。通过分析T3温度测点数据得出:当SOC分别为20%、40%、60%、80%和100%时,锂离子电池发生热失控的温度节点A2分别为297.71 ℃、252.20 ℃、227.37 ℃、206.49 ℃和199.00 ℃,锂离子电池的热失控起始温度随着SOC的增加而降低。同时,锂离子电池热失控温度峰值A3分别为420.66 ℃、498.36 ℃、706.85 ℃、724.01 ℃和811.55 ℃。当SOC=0%时,锂离子电池未发生热失控。将其余SOC锂离子电池热失控过程中的3个温度节点,利用Origin软件绘制百分比堆积柱状图,如图7所示。图7中,蓝色区域表示外部热源与锂离子电池之间热传递阶段,SOC对该阶段影响较小;黄色区域为锂离子电池自产热阶段,随着锂离子电池内部热量逐渐积累,热失控发生的概率增加;红色区域为热失控阶段,在该阶段锂离子电池可能随时发生热失控,且随着SOC的增加,红色区域百分比升高,表明SOC的增加使得锂离子电池危险性增加。

热电偶与加热点位置

【参考文献】：
期刊论文
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[9]特斯拉率先开启动力电池“21700时代”[J]. 郑丹丹.  变频器世界. 2017(08)
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博士论文
[1]锂离子电池火灾危险性及热失控临界条件研究[D]. 黄沛丰.中国科学技术大学 2018



本文编号：2996718