锂电池热失控机理和特性研究
锂电池热失控机理和特性研究
锂电池热失控机理和特性研究
锂电池热失控是指电池单体放热连锁反应引起电池温度不可控上升，导致电池出现一系列不可逆的失效现象，如容量衰减、电池变形甚至破裂、失控起火等,其通常由机械、电、热等因素单独或者共同耦合诱发。
热滥用一般由机械滥用和电滥用发展而来。电池组内元件接触问题也是热滥用的原因之一。如电滥用中过充或过放回导致电池组内部产热不一致，从而组内温度不均匀分布的现象。主要采用烘箱模型或热滥用集总模型对热滥用场景进行仿真。
烘箱模型（高温环境）
热滥用集总模型（局部热源）
电滥用
电-热耦合模型
枝晶生长模型
热蔓延
电池组仿真模型
锂电池老化机理及对应外部参数变化代表方法研究
锂离子电池老化机理
正常老化机理
正常老化过程分为3个阶段。**阶段，电池容量在循环初期出现快速衰减，可能是由于新生成 SEI 不够致密和完整，无法完全阻挡电解液在高活性负极表面的还原分解，会继续造成 LLI （锂离子库存流失）所导致。第二阶段SEI 状态比较稳定，电池衰减相对平稳。第三阶段电池容量快速下降。可能是由于电池长期老化过程中的 LLI、LAM（活性材料流失） 累计，导致电池在老化末期发生析锂。
随正常老化进程发展，电池正极容量明显衰减，并随老化程度加重衰减速度加快。
滥用工况机理
过充工况：
电池正极容量衰减明显增加，并且随着老化程度加重衰减速率加快，这可能是由于过充工况导致电池正极处于高度脱锂状态，从而使得正极材料从发生了从层状结构到尖晶石结构的不可逆相变，同时发生释氧，因此导致正极活性材料损失。同时电池负极容量并未发生明显衰减。由此可以说明，电池在过充循环工况中同时发生了 LLI 跟 LAM 衰减，LAM 主要发生在电池正极，造成电池容量衰减的主要原因是 LAM。
大倍率充电工况
电池在大倍率充电工况中同时发生了 LLI 跟 LAM 衰减，造成电池容量衰减的主要原因是 LLI。由于大充电倍率使电池温度升高，根据阿伦尼乌斯公式，温度升高促使 SEI 生成速度加快，导致了一定程度的可用锂离子流失
大倍率放电工况。
由于放电倍率较大导致正极材料嵌锂速度过快，导致材料相变过大，晶格应力增加，正极材料发生不可逆形变，出现微裂纹，导致正极活性材料损失。同时电池负极容量并未发生明显衰减。由此可以说明，电池在老化过程中同时发生了 LLI 跟 LAM 衰减，LAM 主要发生在电池正极，同时电池 LAM 程度更大，造成电池容量衰减的主要原因就是 LAM。
低温工况
低温下电池负极电位过低，引发了析锂而导致快速LLI。循环中机械疲劳导致正极活性材料少量衰减。所以电池在老化过程中同时发生了 LLI 跟 LAM 衰减，LAM 主要发生在电池正极，同时电池 LLI 程度更大，造成电池容量衰减的主要原因就是低温下电池析锂引发的 LLI。
在完成各类工况循环实验后，将滥用工况下的电池容量衰减与正常老化容量衰减作对比。
在滥用工况下，不仅会加速电池容量衰减，同时还会改变电池衰减机理，影响老化路径，应当尽量避免滥用情况发生。根据容量衰减以及老化路径变化程度，将滥用工况进行排序：低温 > 过充 > 高温 > 大倍率放电 > 大倍率充电。