相比于新鮮電池，電池在全生命周期范圍內(nèi)的熱穩(wěn)定性分析同樣重要，圖2為某款鋰離子電池在不同循環(huán)周期下的熱穩(wěn)定性演化曲線對(duì)比。從整體情況來看，不同循環(huán)周期的熱失控曲線上的溫度節(jié)點(diǎn)差別較大。隨著循環(huán)次數(shù)的增加，SEI膜的分解溫度逐漸降低，電池發(fā)生熱失控的時(shí)間提前，越來越容易發(fā)生熱失控，這也就要求動(dòng)力電池系統(tǒng)在設(shè)計(jì)和使用時(shí)，應(yīng)該充分考慮到電池在生命階段后期的實(shí)際情況，避免在電池使用一段時(shí)間后出現(xiàn)電池失效等情況，產(chǎn)生安全隱患。
圖2 某樣品在不同循環(huán)周期后的絕熱熱失控測試溫度變化曲線。（a）整體；（b）局部放大
3、動(dòng)力電池單體熱失控測試評(píng)價(jià)研究
3.1動(dòng)力電池?zé)崾Э赜|發(fā)方法研究
如前所述，動(dòng)力電池在實(shí)際使用過程中會(huì)面臨各種各樣的環(huán)境和工況，因此需要研究和驗(yàn)證其觸發(fā)安全性的好壞。目前，行業(yè)普遍采用的熱失控觸發(fā)方法，主要包括過充、加熱和針刺等，對(duì)3種典型的熱失控觸發(fā)方法的特點(diǎn)進(jìn)行比較，如表3所示。
表3 不同熱失控觸發(fā)方法特點(diǎn)比較
其它仍處在探索階段的觸發(fā)方法，還包括電池內(nèi)短路的可控觸發(fā)。該方法的觸發(fā)概率、重復(fù)性、位置自由度等均較高，但由于在實(shí)際操作中只能由電池廠進(jìn)行改裝，因此實(shí)施難度較大，從應(yīng)用的角度比較受限。
通過選取市場上常見的十幾款典型產(chǎn)品，分別以上述3種典型觸發(fā)方法進(jìn)行試驗(yàn)研究，對(duì)比分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，3種觸發(fā)方式在樣品熱失控觸發(fā)概率上存在一定的差異，即加熱的方式可以觸發(fā)所有樣品發(fā)生熱失控，針刺幾乎可以觸發(fā)所有樣品發(fā)生熱失控，過充只能觸發(fā)46%的樣品發(fā)生熱失控。分析其原因主要是由于方形電池和圓柱電池的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，過充會(huì)觸發(fā)內(nèi)部保護(hù)機(jī)制發(fā)生作用，從而避免熱失控發(fā)生。進(jìn)一步的，基于大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，電池?zé)崾Э氐呐袛鄺l件可采用如下方案：
判據(jù)：滿足(a)&(b)或(b)&(c),其中(a)測試對(duì)象產(chǎn)生電壓降，且下降值超過初始電壓的25%；(b)監(jiān)測高溫度達(dá)到廠家規(guī)定的最高工作溫度；(c)監(jiān)測點(diǎn)的溫升速度dT/dt大于或等于1℃/s，且持續(xù)3s以上。
目前，上述熱失控判斷條件已被正在制定的國家強(qiáng)制性動(dòng)力電池安全標(biāo)準(zhǔn)所采用。
3.2動(dòng)力電池單體全生命周期熱失控研究
隨著電池循環(huán)次數(shù)的增加，電池內(nèi)部有可能會(huì)發(fā)生SEI膜變化、鋰枝晶生長、隔膜微孔等劣化現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致電池安全性，因此研究動(dòng)力電池全生命周期安全性的演變特征對(duì)于產(chǎn)品的安全、可靠應(yīng)用具有重要指導(dǎo)意義。
圖3是某款鋰離子電池的短路安全性隨循環(huán)次數(shù)的演化規(guī)律，可以看出當(dāng)循環(huán)次數(shù)達(dá)到1000次，電池的安全性會(huì)急劇劣化。總體而言，通過針對(duì)大量樣品在不同循環(huán)次數(shù)下針刺、加熱和過充安全性的統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)有的鋰離子動(dòng)力電池安全性演變呈現(xiàn)明顯的規(guī)律性，即在達(dá)到一定的老化狀態(tài)后安全性會(huì)突然劣化。同時(shí)少數(shù)樣品又呈現(xiàn)出特殊特殊性，其安全性未隨循環(huán)次數(shù)的增加發(fā)生明顯劣化。
因此，需要針對(duì)具有特定材料體系和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特定對(duì)象開展測評(píng)，從而為全生命周期內(nèi)電池管理系統(tǒng)和安全防護(hù)措施的設(shè)計(jì)提供必要指導(dǎo)。
圖3 某款鋰離子電池在不同循環(huán)次數(shù)下短路安全性的演變
