影響鋰離子電池擠壓實驗的因素有哪些?

來源：存能電氣  日期：2020-09-21 15:07  瀏覽量：次

影響鋰離子電池擠壓實驗的因素有哪些？隨著鋰離子電池在新能源汽車上的大規(guī)模應(yīng)用，人們開始對鋰離子電池的安全性給予了越來越多的關(guān)注，為了保證鋰離子電池的安全性，出廠前都要進行一系列的安全測試，包括擠壓、針刺和短路等實驗，其中擠壓實驗主要是模擬電動汽車在發(fā)生事故時動力電池發(fā)生形變后的安全性，對于動力電池的安全性具有重要的參考意義。

影響鋰離子電池擠壓實驗的因素有哪些？

1.電解液對于擠壓測試結(jié)果的影響

通常為了便于分析擠壓測試對鋰離子電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)的影響，我們會采用沒有注入電解液的干電池，或者將電解液蒸干后進行擠壓測試。測試結(jié)果表示采用干燥電池得到的擠壓測試結(jié)果會比電池的實際狀態(tài)更大一些，因此干燥電池的擠壓實驗測試得到的結(jié)果并不能完全代表鋰離子電池的實際使用情況。

2.擠壓位置對測試結(jié)果的影響

由于鋰離子電池在發(fā)生事故擠壓變形的過程可能在鋰電池不同的位置，而我們進行擠壓測試時通常會選擇將電池的中央位置作為測試位置。從結(jié)果來看除非擠壓位置位于鋰離子電池的邊緣上，否則擠壓測試的位置對測試結(jié)果基本上沒有影響，也就是我們在擠壓測試的時候可以選擇除了邊緣的任何位置。

3.擠壓速度對于測試結(jié)果的影響

采用0.2mm/min到20mm/min的速度進行擠壓測試，測試結(jié)果能夠看到擠壓速度會對擠壓測試的最大作用力產(chǎn)生明顯的影響，例如在20mm/min的速度下，最大作用力為8.4kN，而在0.2mm/mm的速度下最大作用力僅為7.3kN，但是如果擠壓速度在一個數(shù)量級上，例如10mm/min和20mm/min，1mm/min和2mm/min就會得到相同的測試結(jié)果。

4.擠壓測試的重復(fù)性

擠壓測試只能通過抽樣的方式來進行試驗，因此測試電池得到的試驗結(jié)果是否具有可重復(fù)性，能夠多大程度上代表其他同批次電池就成為一個重要的問題。從測試結(jié)果來看，不同直徑的擠壓測試頭在多次擠壓測試中得到的曲線高度重合，僅僅是在最大作用力上有輕微的差別，這表明擠壓測試的重復(fù)性非常好，能夠僅僅通過測量少量的鋰離子電池表征同批次電池的安全性。

影響鋰離子電池安全的因素

1、熱沖擊對電池安全的影響

與短路和針刺擠壓相比，熱沖擊溫度較低對電池的影響不大，溫度較高則導(dǎo)致電池負極表面SEI膜發(fā)生分解，高度嵌鋰的負極材料會與電解液發(fā)生放熱反應(yīng)，此時電池進人危險期，如果散熱速率較慢就容易導(dǎo)致電池內(nèi)部溫度進一步升高，隔膜熔化，電池內(nèi)部發(fā)生短路，溫度急劇升高，引發(fā)正極材料參與反應(yīng)，最后發(fā)生爆炸等危險事故，這個過程一般稱為“熱失控”

2、過充電對電池安全的影響

當電池發(fā)生過充時，不同電極材料由于化學(xué)性質(zhì)不同，產(chǎn)生的影響也不同。在高倍率充電初期，大部分電能通過可逆的化學(xué)反應(yīng)而被儲存，電池發(fā)熱功率較小，但是在充電后期由于發(fā)生不可逆的化學(xué)反應(yīng)，電能變成了熱能，導(dǎo)致電池溫度迅速升高而引發(fā)一系列的化學(xué)反應(yīng)

在擠壓測試中，隨著電池變形程度的增加，正負極集流體會首先被撕裂，并沿著45°失效線發(fā)生滑移，活性物質(zhì)也會進入到45°失效線內(nèi)，隨著隔膜變形程度的不斷增加，隔膜最終達到失效點，引起正負極短路的發(fā)生，擠壓造成的正負極短路主要是以點狀短路為主，因此會在短路點產(chǎn)生非常大的電流，熱量集中釋放，引起短路點的溫度急劇上升，因此很容易引發(fā)熱失控。

當電池發(fā)生外部短路或受到針刺和擠壓時，往往很容易導(dǎo)致電池內(nèi)部的隔膜破裂，造成電池在極短的時間內(nèi)有很大的電流流過，這樣就直接導(dǎo)致電池內(nèi)部溫度急劇升高，從而在很短的時間內(nèi)引發(fā)一系列的劇烈反應(yīng)，甚至發(fā)生燃燒、爆炸等安全問題。鋰離子電池生產(chǎn)出來后，在到達消費者手中之前還需要進行一系列檢測，以盡量保證電池的安全性，降低安全隱患。