截止今日,锂离子电池的使用现已取得了巨大的成功,特别是其广泛使用在了在移动电子产品。但不能忽视的是,自从锂离子电池大规模商业化推行以来,与其相关的安全事故就几乎没有中止过。锂离子电池的安全性现已成为限制其进一步开展的关键因素。鉴于电池资料系统、制作进程一致性等原因,对锂离子电池进行安全性检测将十分的重要。
现在针对锂离子电池的安全检测规范在不断的更新中,但其根本安全检测形式现已成型,各种常见的检测项目也已被广泛接收和选用。在安全检测项目中,每个检测项目都模仿了一种用户在使用进程中或许会发生的误(滥)用状况。如过充电测验模仿的是维护电路板失效的状况。因为模仿的状况不同,锂离子电池各个安全测验项目的难度显然是不同的。依据摩尔实验室(MORLAB)的以往检测经历,过充电、150℃热冲击、针刺、揉捏、高温短路、重物冲击等是常常发生失效(Fail)的项目。
因为内容规划面较多,因而咱们将分期介绍并剖析各种锂电池测验项目的相关程序、规范要求、失效原因以及对应的解决方案。本期咱们首要讲一下锂电池的热冲击测验项目。
热冲击:
以CTIA关于契合IEEE1725规范的认证程序为例,其间与热冲击有关的条款:
Section 4.2:
Test Procedure:5 cells at 80% +/- 5%SOC to be placed in oven at ambient temperature. The oven temperature shall be ramped at 5 ±2°Cper minute to 150 ±2°C. After 10 minutes at 150 ±2°C, the test is complete.
Compliance:No fire, smoke, explosion or breaching of the cell is allowed within t he first 10 minutes. Venting is permitted.
Section 4.50:
Test Procedure:5 fully charged cells (per cell manufactures specifications) shall be suspended (no heat transfer allowed to non-integral cell components) in a gravity convection or circulating air oven at ambient temperature. The oven temperature shall be ramped at 5 ±2°Cper minute to 130 ±2°C. After 1 hour at 130 ±2°C, the test is ended.
Compliance:Cells shall not flame or explode when exposed to130°Cfor 1h.
热冲击项目剖析:
现在规范中热冲击项目要求不尽相同,最常见的是热冲击到130°C并坚持1小时。其它的要求如:130°C/0.5h,150°C/10min,150°C/0.5h。 其间150°C/0.5h热冲击条件最常呈现失效的状况。
失效原因剖析:
在热冲击测验进程中(如150℃),只要内部烘箱的热能、电池内部的活性物质的内能,以及贮存在锂离子电池中的电能。即使是150°C的烘箱温度也不会到达处于满充状况的电池中活性物质的着火点。那么很显然电池失效的原因为电池内部物质电能或许是内能的开释。足够多的热量被开释出来后,将引起电池内部剧烈的化学反响,最终将导致被测物而失效(Fail)。
在本测验中,电池自身热量发生的来历有以下几种或许:1)外部烘箱的热量传递;2)阳极化学反响的放热;3)阴极化学反响的放热;4)隔阂在高温下缩短或消融,导致阴阳极短路而开释出热量。
假如阳极资料的热稳定性差,高温下SEI膜分化反响激烈,则阳极在到达150℃后温度会持续上升,而且热失控而放出很多热。
假如阴极资料的热稳定性差,高温下其和电解液起反响(开始温度约150℃)所放出的热量不断堆集后最终使电池内部温度到达热失控而很多放热,此刻发送此现象通常是在到达150℃后的10~15分钟左右。
锂电池一切隔阂因为质料和工艺的不同,它的热稳定性也有所不同。聚丙烯(PP)资料的隔阂熔点在160℃左右,聚乙烯(PE)资料的隔阂熔点在130℃左右,多层隔阂的熔点与其组成成分有联系。当整个电池做150℃热冲击测验时,能够经过上面的原理进行剖析。
解决方案主张:
假如呈现热冲击测验失效,依据上述描绘确认了电池的首要发热源后,能够选用热稳定性更高的资料来优化或许改动规划份额方法,使电极在满充状况时处于比较稳定的电压状况。