鋰離子電池熱沖擊試驗及失效原因分析
作者：
salmon范
編輯：
瑞凱儀器
來源：
m.zhangclab.com
發(fā)布日期： 2020.08.14
熱沖擊項目分析
目前標準中熱沖擊項目要求不盡相同，常見的是熱沖擊試驗到130℃并保持1小時。其它的要求如: 130℃ /0. 5h、 150℃/10min、150℃/0. 5h。其中150℃ /0. 5h熱沖擊條件常出現(xiàn)失效的情況。
失效原因分析
在熱沖擊試驗過程中(如150℃)，只有內(nèi)部高溫箱的熱能、電池內(nèi)部的活性物質(zhì)的內(nèi)能，以及貯存在鋰離子電池中的電能。即使是150℃的高溫箱溫度也不會達到處于滿充狀態(tài)的電池中活性物質(zhì)的著火點。那么很顯然電池失效的原因為電池內(nèi)部物質(zhì)電能或者是內(nèi)能的釋放。足夠多的熱量被釋放出來后，將引起電池內(nèi)部劇烈的化學反應(yīng)，后將導致被測物而失效(Fail)
。
在本測試中，電池本身熱量產(chǎn)生的來源有以下幾種可能:
1)外部高溫箱的熱量傳遞;
2)陽極化學反應(yīng)的放熱;
3)陰極化學反應(yīng)的放熱;
4)隔膜在高溫下收縮或融化，導致陰陽極短路而釋放出熱量。
如果陽極材料的熱穩(wěn)定性差，高溫下SEI膜分解反應(yīng)強烈，則陽極在達到150℃后溫度會繼續(xù)上升，并且熱失控而放出大量熱。
如果陰極材料的熱穩(wěn)定性差，高溫下其和電解液起反應(yīng)(起始溫度約150℃)所放出的熱量不斷積累后終使電池內(nèi)部溫度達到熱失控而大量放熱,此時發(fā)送此現(xiàn)象通常是在達到150℃后的10~15分鐘左右。
鋰電池所有隔膜由于原料和工藝的不同，它的熱穩(wěn)定性也有所不同。聚丙烯(PP)材料的隔膜熔點在160℃左右，聚乙烯(PE)材料的隔膜熔點在130℃左右，多層隔膜的熔點與其組成成分有關(guān)系。當整個電池做150℃熱沖擊測試時, 可以通過上面的原理進行分析。
解決方案建議
如果出現(xiàn)熱沖擊測試失效，根據(jù)上述描述確定了電池的主要發(fā)熱源后，可以采用熱穩(wěn)定性更高的材料來優(yōu)化或者改變設(shè)計比例方式，使電極在滿充狀態(tài)時處于比較穩(wěn)定的電壓狀態(tài)。
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