鋰離子電池熱沖擊試驗及失效原因分析
來源：
bibil.cn
時(shi)間：2020-08-14
熱沖擊項目(mu)分析
目前(qian)標準中熱沖擊(ji)項目要(yao)求不盡相同，常見的是熱沖擊(ji)試(shi)驗到130℃并保持(chi)1小時。其(qi)(qi)它(ta)的要(yao)求如: 130℃ /0. 5h、 150℃/10min、150℃/0. 5h。其(qi)(qi)中150℃ /0. 5h熱沖擊(ji)條件常出(chu)現失效的情況。
失效原(yuan)因分析
在熱沖擊試(shi)驗過程中(如150℃)，只有內(nei)(nei)(nei)部(bu)高溫箱的(de)(de)(de)熱能(neng)、電(dian)(dian)池(chi)內(nei)(nei)(nei)部(bu)的(de)(de)(de)活性物(wu)質(zhi)的(de)(de)(de)內(nei)(nei)(nei)能(neng)，以(yi)及(ji)貯存在鋰離(li)子(zi)電(dian)(dian)池(chi)中的(de)(de)(de)電(dian)(dian)能(neng)。即(ji)使是150℃的(de)(de)(de)高溫箱溫度也(ye)不(bu)會達到處(chu)于(yu)滿充狀態的(de)(de)(de)電(dian)(dian)池(chi)中活性物(wu)質(zhi)的(de)(de)(de)著火點。那么很顯(xian)然電(dian)(dian)池(chi)失效(xiao)的(de)(de)(de)原因為(wei)電(dian)(dian)池(chi)內(nei)(nei)(nei)部(bu)物(wu)質(zhi)電(dian)(dian)能(neng)或者(zhe)是內(nei)(nei)(nei)能(neng)的(de)(de)(de)釋(shi)放(fang)。足(zu)夠(gou)多的(de)(de)(de)熱量(liang)被釋(shi)放(fang)出來(lai)后，將引起(qi)電(dian)(dian)池(chi)內(nei)(nei)(nei)部(bu)劇烈(lie)的(de)(de)(de)化學反(fan)應，后將導致(zhi)被測物(wu)而失效(xiao)(Fail)
。
在本測試中(zhong)，電池本身熱量產生的(de)來源有以下幾(ji)種可能:
1)外部(bu)高(gao)溫箱的熱量(liang)傳遞;
2)陽極化學反應的放熱(re);
3)陰(yin)極化學反應的放熱(re);
4)隔(ge)膜在高溫(wen)下收縮(suo)或融化(hua)，導(dao)致陰(yin)陽極短路而(er)釋放出(chu)熱量。
如果陽(yang)極材料的熱(re)穩定性差，高溫(wen)下SEI膜分解反應強烈，則陽(yang)極在達到150℃后(hou)溫(wen)度會繼續(xu)上升，并(bing)且熱(re)失控而放出大(da)量(liang)熱(re)。
如果陰極材(cai)料的熱穩定性(xing)差，高溫(wen)下其和(he)電解液起反應(起始溫(wen)度(du)約(yue)150℃)所放(fang)出的熱量(liang)不(bu)斷積累后(hou)終使電池(chi)內(nei)部(bu)溫(wen)度(du)達(da)到(dao)熱失控(kong)而大(da)量(liang)放(fang)熱,此時(shi)發(fa)送此現象通常是在達(da)到(dao)150℃后(hou)的10~15分(fen)鐘(zhong)左(zuo)右。
鋰電(dian)池所(suo)有隔(ge)(ge)膜由于原料(liao)和工(gong)藝的(de)(de)不同(tong)，它的(de)(de)熱穩定性也有所(suo)不同(tong)。聚丙烯(xi)(PP)材料(liao)的(de)(de)隔(ge)(ge)膜熔(rong)點(dian)在160℃左右，聚乙烯(xi)(PE)材料(liao)的(de)(de)隔(ge)(ge)膜熔(rong)點(dian)在130℃左右，多層隔(ge)(ge)膜的(de)(de)熔(rong)點(dian)與其(qi)組(zu)成(cheng)成(cheng)分(fen)有關系(xi)。當整個電(dian)池做150℃熱沖(chong)擊測試(shi)時, 可以通過上面(mian)的(de)(de)原理進行分(fen)析。
解決方案建(jian)議
如果出現熱(re)沖擊測試(shi)失效，根據上述描述確定了電池的(de)主(zhu)要發熱(re)源后，可以采用熱(re)穩定性(xing)更高的(de)材料來優(you)化(hua)或者改(gai)變設計比例方式(shi)，使電極在滿(man)充狀態(tai)時處于(yu)比較穩定的(de)電壓狀態(tai)。
