锂离子电池针刺安全性的研究进展

针刺是评估锂离子电池安全性的各种滥用条件中最为苛刻之一,也是锂离子电池安全测试的重点关注项目。综述锂离子电池针刺安全性相关研究进展,包括影响锂离子电池针刺安全性的因素、提高锂离子电池针刺安全性的方法及作用机理、锂离子电池针刺引发热失控的机理研究等3个方面。基于上述研究结果分析认为：优化设计针刺内短路模式,可以降低针刺热失控的风险。     

锂离子电池针刺安全性研究概览

安全性是目前制约锂离子电池应用的主要瓶颈之一,内短路是其中最难以有效控制的问题。针刺测试是检测锂离子电池内短路情况下安全性能的主要方法;对于锂离子电池针刺安全性的研究,可帮助改善锂离子电池单体结构设计,提高锂离子电池的安全性能。介绍了锂离子电池的不同内短路情形及特点,并对针刺测试做了分析,总结了现有实验和仿真方法的研究进展,并对其各自的优点,及对于锂离子电池单体设计的指导做了分析。还分析了锂离子电池针刺模型中需要改善的地方,为下一步工作中建立精确的锂离子电池针刺模型提供参考。     

锂离子电池安全性能测试及其影响因素分析

实验研究了电芯结构和电池外壳材质两种因素对电池安全性能的影响。对三种锂离子电池进行外短路、针刺、过充电三种安全性能测试,结果表明,材质为铝塑复合膜的叠片电芯结构软包电池由于铝塑复合膜自身的特性使其在针刺和外短路两项测试中表现出优异的安全性能。而18650型钢壳电池由于自身具有安全阀的保护作用使其在过充测试中表现出较好的安全性能。研究表明,电芯结构和电池外壳材质对锂离子电池的安全性能有显著的影响。     

锂离子电池针刺测试影响因素研究

对锂离子电池进行针刺测试时,电池很容易发生内部短路,进而发生爆炸起火等危险。为了提高电池的稳定性,本文从隔膜、电解液阻燃添加剂、导电剂黏结剂和电池结构四个方面综述了有关电池针刺测试的影响因素,并提出了合理化建议,这对提高电池的安全性能,促进电池产业发展有很大的帮助。     

大功率锂离子电池的制备及电化学性能

采用精密的刮刀涂布法制成锂离子电池,并用防爆盖帽作为电池盖帽。利用电化学性能测试对电池进行测试。倍率测试表明电池的倍率可以达到5 C,循环测试其寿命达到400次以上,针刺表明其安全性能良好。电池的容量达到1 300 m Ah以上。     

隔膜对锂离子电池针刺安全性的影响

为研究聚乙烯(PE)隔膜的特性与锂离子电池针刺安全性的关系,选择20μm厚的隔膜A(韩国产)、隔膜B(河北产)和隔膜C(江苏产),通过SEM、拉伸强度、透气度和热收缩等方法,进行基本的物理性能对比,发现断裂伸长率是主要差别.隔膜A、隔膜B和隔膜C的纵向(MD)伸长率分别为100.8％、161.7％和115.3％;横向(TD)伸长率分别为79.8％、123.7％和124.2％.制备的软包装锂离子电池均通过了针刺测试.分析针刺过程中的电压降及对比针刺后隔膜孔的大小可知,隔膜A、隔膜B和隔膜C制备的电池的平均电压降分别为0.673 mV、0.143 mV和0.170 mV,隔膜A制备的电池的电压降最大,且隔膜A的针刺孔较大.这表明,隔膜的断裂伸长率越大,电池的针刺安全性越好.     

阴极导电碳含量对锂离子电池性能的影响

研制了3种不同的阴极导电碳配方,并研究分析了3种配方锂离子电池的常温循环、45℃循环、高低温、放电倍率以及针刺安全性能。从各个性能的测试结果来看,阴极导电碳含量最高的电性能最好,但安全性有待提高。     

基于Java的锂电池安全性能检测系统研发

锂离子电池在实际应用过程中所存在的安全隐患是业界一直面临的难题,也成为锂离子电池推广应用的阻碍。及时发现锂离子电池的过充电、短路、高温、针刺等极端使用条件,是改善锂离子电池安全性的重点。重点研究了如何检测出锂离子所处的极端使用条件及其安全性的保证。并利用Java语言开发了相关的计算机检测系统。     

电动车用锂离子动力电池充放电特性

为了解锂离子动力电池的充放电特性,评价其在电动车辆上的使用性能,对锂离子动力电池进行了充放电试验测试。基于实验结果,对锂离子动力电池的工作电压、工作电压下降速率和温升等工作特性进行了研究和详细分析,同时对锂离子动力电池单元间的工作一致性进行了分析评价。锂离子动力电池能够比较好的满足电动车辆的使用特性,但是对于锂离子动力电池的温升问题和深放电情况下的电池一致性问题在使用中应该予以考虑。     

电池发热性能评价及影响因素

为评价不同化学体系动力电池的发热性能,以电池发热功率与总功率的比值(即发热耗散率,B_HDR)作为评价指标,其值越低,电池发热性能越好。使用绝热加速量热仪,测试磷酸铁锂（LFP）、钛酸锂（LTO）、镍钴锰酸锂（NCM）和锰酸锂（LMO）正极锂离子电池,以及金属氢化物-镍（MH/Ni）电池的发热性能。1 C放电倍率下,NCM锂离子电池的B_HDR为2.36%,发热性能最好;LFP锂离子电池、LMO锂离子电池的B_HDR小于5.00%,发热性能较好;LTO锂离子电池、MH/Ni电池的B_HDR为5.00%～8.00%,发热性能较差。随着放电倍率增大,所有电池B_HDR均显著增加,提供的有效能量减少;LTO锂离子电池放电过程的B_HDR高于充电过程;LFP、LTO锂离子电池在-5～5℃的B_HDR更高,发热性能更差。     

锂离子电池温度试验中漏液问题的分析

对部分锂离子电池产品进行了航空运输条件检测,其中有两批电池在温度循环试验中发生漏液.研究这两批锂离子电池的结构,发现电池在试验中发生漏液的原因主要是制造工艺存在问题.实验结果表明,部分锂离子电池在安全性能方面存在问题.     

基于等效热模型的锂电池容量衰减特性研究

在动力锂电池的循环使用过程中,温度对其容量衰减有直接影响,而电池结构的密封性导致其内部真实温度无法直接测量。针对此问题,通过测量电池表面及环境温度并运用等效热模型估计其内部的真实温度,构建电池容量衰减与内部温度的ETM-Arrhenius模型,预测锂电池在循环使用中的容量衰减特性。对锂电池进行不同温度下的循环寿命试验,结果表明,该模型能在长期循环中准确预测锂电池容量的衰减程度。     

大型锂离子电池系统UN38.3检测技术研究

大型动力锂离子电池成为新能源汽车电池的研究热点,《联合国关于危险货物运输的建议书标准和试验手册》中UN38.3明确规定了小型锂离子电池的检测要求和方法,但对大型锂离子电池只提出了检测要求,却没有给出明确的检测方法。本文对大型锂离子电池系统UN38.3检测技术进行了深入研究,以帮助动力锂离子电池企业做好大型锂离子电池的UN38.3检测,顺利完成锂离子电池的出口。     

动力型18650锂离子电池的过充电性能

通过对采用不同正极材料、功能电解液制成的动力型18650锂离子样品电池进行过充电性能实验,发现不同条件制作的电池过充时具有不同的温度、电压变化特性曲线,研究分析了影响动力型18650锂离子电池的过充性能的各种因素,发现几种条件下制作的动力电池可以在过充时不发生起火、爆炸,但过充电压升到一定值后电池已不能再正常使用.要确保动力电池的安全可靠使用,还需要在盖帽及电池外部加强安全保护措施.     

温度对磷酸铁锂动力锂离子电池性能的影响

在不同温度下对32131-8Ah圆柱锂离子电池进行电学性能测试,考察了温度对锂离子电池放电性能的影响。结果表明：温度对锂离子电池的充放电倍率、放电功率、电阻及不同荷电状态（SoC）下的放电能力都有较大的影响,其中在常温下基本都能达到最优结果,温度上升或者下降都会对电池造成不同程度的负面影响。     

LiFePO4锂离子电池金属异物的来源与控制

金属异物的存在易导致锂离子电池发生内部短路,产生热失控危害。通过采集原材料投料工序磁棒吸附物和各工序采样点采集物的方式,对LiFePO₄锂离子电池生产过程中的Fe、Cu、Al等金属异物来源进行分析。基于分析结果提出:金属异物的控制需从完善检测标准和强化现场管控两方面同步开展,质量管理可作为控制LiFePO₄锂离子电池内部金属异物的一种手段。     

动力锂离子电池测试标准比较和分析

概述国内外动力锂离子电池在性能及安全测试方面的标准,从适用范围、测试项内容及严格程度等几个方面进行分析和比较。对国内动力锂离子电池标准体系的构建和发展进行总结和展望。     

三元LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2铝壳锂离子动力电池的性能研究

选用三元材料LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2为正极材料,中间相炭微球为负极材料,制备了额定容量为10 Ah的铝壳锂离子动力电池,并对电池的电性能和安全性能进行了相关测试。电性能包括充放电性能、倍率性能、循环性能和自放电,实验结果表明,电池表现出了良好的倍率性能,1 C、2 C的放电容量分别为0.5 C放电容量的97.49%、93.70%;在2.7~4.2V电压范围内,电池1 C循环400次后容量保持率为101.77%;电池满电常温搁置28天后容量保持率为97.06%。针刺、短路、过充电和自有跌落测试结果表明电池具有良好的安全性能。     

超级UPS中锂电池功率变换单元设计

为了进一步提高供电电源的可靠性、安全性,超级UPS的概念应运而生。超级UPS包含电网、燃气发电机、锂离子电池、新能源等多种能源。除了作为后备储能外,在外部两种能源进行切换的间隙,锂电池功率变换单元需要紧急放电以支撑母线,直至两种能源完成切换。首先分析了超级UPS系统对锂电池功率变换单元的接入需求;然后为了提高电池充放电的控制精度,重点分析了检测通道的误差;最后,设计的锂电池功率变换单元方案在10 k W样机中进行了验证。     

电动汽车用动力锂离子电池的电压特性

着眼于LiMn2O4锂离子电池和LiFePO4锂离子电池在电动汽车动力领域的应用,以4种国产动力锂离子电池为对象,对其电压特性进行了试验和研究。研究结果表明：LiMn2O4锂离子电池与LiFePO4锂离子电池的电压特性有显著差别;低温对LiFePO4锂离子电池的电压特性有显著性影响;PNGV模型适用于LiFePO4锂离子电池在动态脉冲电流工况下的电压特性仿真。