航空低气压条件下过充对锂离子电池热安全性能的影响

来源 :中国民用航空飞行学院 | 被引量 : 0次 | 上传用户:waterkkk
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锂离子电池作为一种新能源储能装置,已经被广泛应用在新能源、储能电站等领域。然而,锂离子电池在滥用情况下会发生热失控起火、燃烧等不安全现象,其中过充是导致电池热失控的主要原因之一。结合航空领域多电、全电飞机的发展,需要对航空环境下锂离子电池热失控进行研究。本文针对多电、全电飞机领域锂离子电池热安全问题,重点关注过充电池在常压、低压环境下的热失控危险性差异及内部电化学反应影响机制,通过开展常压、低压环境下过充锂离子电池热失控实验,并结合电化学原理分析,为航空环境下锂离子电池使用、防护、监测、预警等提供理论支撑。本研究选取NCM 523软包锂离子电池作为实验对象,开展常压(95 k Pa)、低压(30k Pa)环境下的过充锂离子电池热失控实验。研究内容主要针对不同过充倍率、截止电压、循环次数对锂离子电池低压热失控特性影响进行探究。实验结果表明:(1)不同倍率过充的电池内部副反应机制具有差异性。0.5 C倍率过充电池性能衰减的主要原因是负极材料的损失和SEI层的增厚,而1 C、2 C过充电池主要为正极附近电解质氧化分解以及负极附近锂枝晶的生成。常压环境下,随着过充倍率由0.5 C增加至2 C,电池热失控时间相提前了约141 s。低压环境下,电池热失控时间滞后,热失控强度降低,低压环境对1 C、2 C电池热失控强度抑制不明显。(2)不同截止电压过充的电池内部机制具有差异性。仅4.4 V过充电池就出现较为严重的性能衰减,主要原因是负极附近锂枝晶的积累,而对于4.6 V、4.8 V过充电池,电解质的大量消耗以及死锂的累积是主要的原因。随着截止电压的升高,电池热稳定性降低,热失控强度升高,4.8 V过充电池具有较高的火灾危害性。低压环境下,虽然增加了电池热稳定性,但是4.8 V过充电池依旧具有较高的火焰温度,需要注意防范。(3)不同过充循环次数对电池性能的影响具有差异性。1次过充循环电池性能衰减较少,而10次、20次循环电池由于电解质持续消耗以及不可逆锂的增加导致性能衰减的加剧。同时,随着循环次数的增加,电池热稳定性降低,火灾危害性上升,并且低压环境对过充循环次数处理的电池抑制效果不明显。对比三种过充条件,低压环境对较高截止电压、较高倍率过充电池抑制效果降低,热失控火灾危害性依旧较高。
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