【摘 要】
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随着能源问题的出现,锂离子电池已成为人们关注的热点。本文以18650型高镍三元锂电池为研究对象,研究了电池容量衰减原因、产热性能和热失控特性。试验中将电池过充至三个不同的截止电压（4.3V、4.4V、4.5V）并循环一定的次数（180次）直到电池容量衰减较大,通过测试电池的交流阻抗谱和容量增量曲线来分析电池容量衰减机理;通过理论计算与试验相结合的方式研究过充循环后的电池在标准充放电倍率（0.5C）
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随着能源问题的出现,锂离子电池已成为人们关注的热点。本文以18650型高镍三元锂电池为研究对象,研究了电池容量衰减原因、产热性能和热失控特性。试验中将电池过充至三个不同的截止电压（4.3V、4.4V、4.5V）并循环一定的次数（180次）直到电池容量衰减较大,通过测试电池的交流阻抗谱和容量增量曲线来分析电池容量衰减机理;通过理论计算与试验相结合的方式研究过充循环后的电池在标准充放电倍率（0.5C）下的产量热量,并将两者对比;研究新电池和过充循环后的电池在100%荷电状态（State of Charge,SOC）下的热失控参数,并进行对比。主要研究内容如下:（1）通过测试电池过充循环过程中的交流阻抗谱和容量增量曲线来分析过充循环导致电池容量衰减的原因,研究发现活性锂离子的损失和活性材料的损失是电池容量衰减的主要原因,电池电导率的损失对电池容量衰减影响不大。（2）对电池进行混合动力脉冲测试和熵热系数测试来计算新电池和过充循环后的电池在标准充放电倍率（0.5C）下的产热量,并通过BTC-ISO等温量热试验测试电池在标准充放电倍率下实际的产热量,将理论计算结果与实际测试数值进行对比。研究发现:理论计算测得的新电池、4.3V、4.4V和4.5V过充循环电池在0.5C倍率下充电产热量分别为1.94KJ、1.58KJ、1.55KJ、1.33KJ,放电产热量分别为1.81KJ、1.46KJ、1.39KJ、1.19KJ;等温量热试验测得新电池、4.3V、4.4V和4.5V过充循环电池在充电产热量分别为2.24KJ、1.72KJ、1.72KJ、1.68KJ,放电产热量分别为2.04KJ、1.50KJ、1.52KJ、1.36KJ。通过计算测得的四个电池充电产热量误差分别为13.39%、8.13%、9.88%、20.83%,放电产热量误差为11.27%、2.67%、8.55%、12.50%。（3）通过绝热加速量热仪（Adiabatic Rate Calorimeter,ARC）研究新电池、4.3V、4.4V和4.5V过充循环电池在100%SOC下的热失控特征参数（自产热起始温度T1、热失控触发温度T2、热失控最高温度T3）,并通过计算得到电池热失控的产气量。研究发现:新电池、4.3V、4.4V和4.5V过充循环电池的自产热起始温度分别为78.62℃、75.44℃、76.06℃和73.76℃,新电池的自产热起始温度最高,4.3V、4.4V和4.5V过充循环电池的自产热起始温度分别比新电池的自产热起始温度低3.18℃、2.56℃和4.86℃;热失控触发温度分别为241.42℃、229.91℃、237.54℃和222.72℃,新电池的热失控触发温度最高,4.3V、4.4V和4.5V过充循环电池的热失控触发温度分别比新电池低11.51℃、3.88℃和18.7℃;热失控达到的最高温度分别为512.26℃、517.23℃、656.79℃和656.3℃,4.3V、4.4V和4.5V过充循环电池的热失控最高温度分别比新电池高4.97℃、144.53℃和139.63℃;新电池、4.3V、4.4V和4.5V过充循环电池热失控时的产气量为47.67L、20.85L、24.38L、9.06L,新电池热失控时的产气量要明显多于三个过充循环电池,4.3V、4.4V和4.5V过充循环电池热失控时的产气量分别比新电池少26.82L、23.29L、38.61L。
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