锂离子电池热安全性能演变的老化路径依赖性研究报告-29页_1022kb

研究背景

随着电动汽车销量激增及电池能量密度提升，电池安全失效引发的事故显著增多。国内外储能项目中锂离子电池安全事故频发，凸显电池热失控是主要风险。热失控由电池内部放热连锁反应引发，表现为冒烟、起火及爆炸，其触发因素包括机械滥用、电滥用和热滥用。研究发现，电池热安全性具有明显的老化路径依赖性，即电池在不同老化条件下表现出不同的热失效特征。

常规工况下老化电池热安全性

在常规工况下，不同充放电倍率对电池热安全性有显著影响。高倍率充放电会加速电池衰减，并降低其热稳定性和寿命。具体实验表明：

• 高倍率充电（如10C）会导致容量快速衰减，寿命缩短。
• 脉冲放电倍率增大，电池产热增加，热失控温度降低。
• 不同倍率的老化电池热失效机制存在差异：低倍率工况下热失控触发温度较高，高倍率工况则迅速进入失控状态。

此外，电池内部老化过程涉及多种失效模式，如SEI膜增厚、析锂、正极材料结构破坏等，这些变化降低了电池热稳定性。

极端工况下老化电池热安全性

极端工况（如高温、过充、过放）对电池热安全的影响尤为显著。高温循环和高温搁置会导致以下问题：

• 温度升高加速电池化学组分变化，例如负极SEI膜分解、过渡金属溶解，隔膜热稳定性下降。
• 过充行为会引发负极析锂和锂枝晶生长，增加短路风险，气体析出比例升高。
• 过放会导致铜溶解，在正极表面形成铜沉积物，隔膜结构受损，进一步削弱电池安全性能。

多组实验分析显示，高温及过充/过放工况均降低了电池的热失控触发温度，增加了失控发生的可能性，从而威胁系统安全。

总结与展望

研究表明，电池服役期间热安全性能演变存在明确的老化路径依赖性和工作条件敏感性。具体总结如下：

• 外部副反应（如析锂、SEI膜热分解）是电池热失控的主要诱因。
• 充放电倍率、温度环境、老化路径均显著影响电池热稳定性，需重点关注这些因素对电池安全的影响。
• 为提升电池安全性，应优化电池设计与运行工况，例如避免高倍率充电、加强电池管理系统（BMS）对电池状态的监测，以防止过充、过放等极端情况的发生。

展望未来，电池材料和结构的改进有望从根本上提升其热稳定性，并开发更智能化的电池管理系统，实现对电池全生命周期的精准监控与调控。