基于热分析数据库研究锂离子电池的热失控机理[ 返回 ]

锂离子电池热失控问题的原因尚不清楚,相关研究停滞了很多年,制约了锂离子电池的能量密度提升。锂离子电池正负极组分材料的多样性使得电池热失控问题更难以分析。为解决该问题,清华大学及其合作者建立了电池热分析数据库,并基于该数据库分析了电池热失控的机理,研究论文发表在Applied Energy(Applied Energy, 2019, 246: 53-64)上。该数据库包含了不同种类电池的加速量热(ARC)测试结果及其组分材料的差示扫描量热(DSC)测试结果。清华大学及其合作者基于多年的ARC测试经验,总结出了锂离子电池热失控过程的三个共性特征温度{T1, T2, T3}和一个关键参数dT/dt, 其具有普遍的物理意义和应用价值。进一步地,在试图解释导致电池热失控特征温度现象的机制时,我们对锂离子电池的热失控机制有了新的认识。测试结果表明,电池热失控时的主要热源是Li(NixCoyMnz)O2正极和石墨负极在高温下的氧化还原反应。与通常认为的相反,热失控期间产生的总热量只有少量来源于内短路产热,即使它们有助于在隔膜坍塌后触发氧化还原反应。热失控特征特征温度可用于定量评估和对比不同电池的热失控安全性。热失控机理的新的解释更是为锂离子电池的安全建模和设计提供了指导。